Πώς οι δυνάμεις van der Wals κρατούν τα μόρια μαζί;

Οι δυνάμεις Van der Waals είναι αδύναμες, δυνάμεις μικρής εμβέλειας που προκύπτουν από προσωρινές διακυμάνσεις στην κατανομή ηλεκτρονίων γύρω από τα μόρια. Είναι υπεύθυνοι για τη συγκράτηση μορίων μαζί σε υγρά και στερεά και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε πολλές βιολογικές διεργασίες. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι δυνάμεων van der Waals:

1. Δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου (LDF):

* Αιτία: Αυτές οι δυνάμεις εμφανίζονται σε όλα τα μόρια, ανεξάρτητα από την πολικότητα. Προκύπτουν λόγω προσωρινών διακυμάνσεων στην κατανομή ηλεκτρονίων γύρω από το μόριο, δημιουργώντας προσωρινά δίπολα. Αυτά τα δίπολα μπορούν στη συνέχεια να προκαλέσουν προσωρινά δίπολα σε γειτονικά μόρια, με αποτέλεσμα μια αδύναμη έλξη.

* δύναμη: Τα LDF είναι ο ασθενέστερος τύπος δύναμης van der Waals. Their strength increases with the size and shape of the molecule.

* Παράδειγμα: Η έλξη μεταξύ μη πολικών μορίων όπως το μεθάνιο (CH4) οφείλεται σε LDFs.

2. Δυνάμεις διπολικών:

* Αιτία: Αυτές οι δυνάμεις εμφανίζονται μεταξύ πολικών μορίων, τα οποία έχουν μόνιμα διπόλια λόγω της ανομοιόμορφης κοινής χρήσης των ηλεκτρονίων. Το θετικό τέλος ενός μορίου προσελκύει το αρνητικό τέλος ενός άλλου, δημιουργώντας μια ελκυστική δύναμη.

* δύναμη: Οι δυνάμεις διπολικής-δίπολης είναι ισχυρότερες από τις LDF, επειδή περιλαμβάνουν μόνιμα διπόλια. Η δύναμή τους αυξάνεται με την πολικότητα του μορίου.

* Παράδειγμα: Η έλξη μεταξύ των μορίων νερού (H2O) οφείλεται σε δυνάμεις διπολικής διπόλης.

3. Δεσμός υδρογόνου:

* Αιτία: Πρόκειται για έναν ειδικό τύπο δύναμης διπολικής διπόλης που συμβαίνει όταν ένα άτομο υδρογόνου συνδέεται με ένα εξαιρετικά ηλεκτροαρνητικό άτομο όπως το οξυγόνο, το άζωτο ή το φθόριο. Το άτομο υδρογόνου γίνεται εν μέρει θετικό και μπορεί να σχηματίσει έντονη έλξη στο μοναδικό ζεύγος ηλεκτρονίων στο ηλεκτροαρνητικό άτομο ενός γειτονικού μορίου.

* δύναμη: Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ο ισχυρότερος τύπος δύναμης van der Waals και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε πολλές βιολογικές διεργασίες όπως η συγκράτηση κλώνων DNA μαζί.

* Παράδειγμα: Οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των μορίων νερού είναι υπεύθυνοι για το υψηλό σημείο βρασμού του νερού και την επιφανειακή τάση.

Συνοπτικά, οι δυνάμεις van der Waals κρατούν τα μόρια μαζί μέσω προσωρινών ή μόνιμων διπόλων που προκύπτουν από τη διανομή ηλεκτρονίων. Αυτές οι δυνάμεις είναι υπεύθυνες για τις ελκυστικές δυνάμεις μεταξύ μορίων σε υγρά και στερεά, επηρεάζοντας τις φυσικές τους ιδιότητες όπως το σημείο βρασμού και το σημείο τήξης.