Van der Waalsovy síly

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
(přesměrováno z Van der Waalsova síla)
Adheze - kapky vody na pavučině (Van der Waalsovy síly jsou jednou z příčin adheze)

Van der Waalsovy síly jsou elektrostatické přitažlivé nebo odpudivé síly (interakce) mezi molekulami, které jsou způsobeny jejich vzájemným elektromagnetickým ovlivňováním. Jsou poměrně slabé a závislé na vzdálenosti. Rychle mizí při větších vzdálenostech mezi interagujícími částicemi. Na rozdíl od iontových nebo kovalentních vazeb tyto síly nevyplývají z chemické vazby.

Velikost odpudivých i přitažlivých van der Waalsových sil závisí na vzdálenosti molekul, mezi kterými vznikají. Odpudivé síly jsou způsobeny elektrostatickou repulzí elektronových oblaků molekul, která je výrazná pouze při těsném přiblížení molekul k sobě. Přitažlivé síly lze podle vzniku elektrostatických sil mezi molekulami rozdělit na tři typy:

Koheze - kapky rtuti na podložce (Van der Waalsovy síly jsou jednou z příčin koheze)

Van der Waalsovy síly jsou pojmenované po nizozemském fyzikovi Johannesi Dideriku van der Waalsovi, který tyto síly poprvé popsal v roce 1873. Prokázal existenci sil, které působí na úrovni molekul a způsobují vnitřní tlak v kapalinách. Pochopil, že nejsou klasickou chemickou vazbou (například kovalentní nebo iontová). Podařilo se mu také nalézt vztah mezi objemem, tlakem a teplotou plynů a kapalin.

Van der Waalsovy síly jsou základem mnoha vlastností anorganických i organických sloučenin včetně jejich rozpustnosti v polárních a nepolárních roztocích. Hrají důležitou roli při kohezi (soudržnost), adhezi (přilnavost k povrchům), tření a kondenzaci. Znalosti o nich využívají obory, jako je supramolekulární chemie, strukturální biologie, věda o polymerech, nanotechnologie nebo fyzika kondenzovaných látek.

Van der Waalsovy síly jsou jedněmi z mezimolekulových interakcí, kterých existuje celá řada. Patří mezi ně například vodíková vazba, iontově-dipólové síly a iontově indukované dipólové síly, halogenová vazba a jí obdobné vazby - chalkogenová, pniktogenová a tetrelová a patrové interakce.

Charakteristika van der Waalsových sil[editovat | editovat zdroj]

  • Jsou to slabší síly než běžné kovalentní a iontové vazby.
  • Jsou to síly krátkého dosahu, působí pouze mezi nejbližšími částicemi.
  • Zvětšují se s kratší vzdáleností molekul a zmenšují s větší vzdáleností.
  • Jsou aditivní povahy, mohou se proto skládat z několika individuálních interakcí.
  • Nemají žádnou směrovou charakteristiku.
  • Jsou nezávislé na teplotě (kromě dipól-dipólových interakcí).

Příčiny vzniku van der Waalsových sil[editovat | editovat zdroj]

  • Příčiny vzniku Van der Waalsových sil souvisejí s pojmy polarita molekul, elektrický dipól a dipólový moment, které je způsobují.
  • Výskyt elektronu v atomu a molekulách nelze přesně určit, v každém určitém okamžiku se nachází v oblasti elektronového mraku. Jeho výskyt v atomu popisuje hustota elektronového náboje. Pokud je přebytek elektronů v určité oblasti a v druhé je jejich nedostatek, vytvoří se elektrický dipól.
  • Molekuly dělíme podle velikosti jejich elektrického dipólu a elektronegativity atomů, ze kterých jsou složené, na molekuly s iontovou vazbou, polární a nepolární vazbou. V polárních nebo iontových vazbách jsou vazebné elektrony přitahovány k atomu s vyšší elektronegativitou. To dává molekule náboj trvalý (anglicky permanent) nebo dočasný (anglicky temporary).
  • Vzájemným ovlivňováním iontových, polárních a nepolárních molekul vznikají Van der Waalsovy síly, které jsou způsobeny jejich přitahováním nebo odpuzováním, tedy jejich vzájemným elektromagnetickým ovlivňováním.

Typy van der Waalsových sil[editovat | editovat zdroj]

Coulombické síly[editovat | editovat zdroj]

Působení Coulombické síly mezi dvěma polárními molekulami

Coulombické síly se také nazývají dipól-dipólové síly, dipól-dipólové interakce, Keesomovy síly nebo Keesomovy interakce. Někdy se sem řadí i interakce typu ion-dipól.

Coulombické síly jsou způsobené vzájemným působením mezi polárními molekulami, které mají trvalý elektrický dipólový moment. Jejich velikost závisí na vzdálenosti a relativní orientaci dipólu.

V polárních vazbách jsou vazebné elektrony přitahovány k atomu s vyšší elektronegativitou. To dává molekule trvalý záporný a kladný náboj. Jedná se tedy o elektrostatické přitahování opačných nábojů.

Coulombické síly jsou silnější než indukční a disperzní síly.

Indukční síly[editovat | editovat zdroj]

Působení indukční síly mezi polární a nepolární molekulou

Indukční síly se také nazývají Debyeovy síly nebo polarizace.

Indukční síly jsou způsobené trvale polarizovanou molekulou, která polarizuje ostatní nepolární (někdy i polární) molekuly. Jedná se o elektrostatické přitahování opačných nábojů v molekulách, ve kterých dochází k deformaci elektronového obalu, a tím ke vzniku indukovaného dipólového momentu.

Pokud mají molekuly, které na sebe působí, svůj permanentní dipólový moment, pak se oba momenty vektorově sčítají. Dochází k zesílení soudržných sil, což se nazývá Debyeův efekt.

Indukční síly jsou mnohem slabší než Coulombické síly, ale silnější než disperzní síly.

Disperzní síly[editovat | editovat zdroj]

Působení disperzní síly mezi dvěma nepolárními molekulami za vzniku dočasných dipólů

Disperzní síly se také nazývají Londonovy síly a jsou nejvýznamnější z van der Waalsových sil. Jedná se o elektrostatické síly mezi dočasným dipólem molekuly působícím na jinou molekulu.

Vznikají mezi nepolárními molekulami, ve kterých dochází ke vzniku dočasného dipólu v důsledku nenulových okamžitých dipólových momentů všech atomů a molekul. Tyto interakce jsou tedy způsobeny náhodnými fluktuacemi elektronové hustoty v elektronovém oblaku.

I v nepolárních molekulách dochází díky pohybu elektronů ke vzniku slabých, rychle oscilujících (kmitajících) dipólů, i když v průměru je elektronová hustota v nepolární molekule rozložena rovnoměrně. Pokud se k sobě dvě molekuly přiblíží, bude tato oscilace synchronizována tak, že se jejich oscilující dipóly budou přitahovat.

Disperzní síly jsou nejvýznamnější z van der Waalsových sil, protože všechny materiály jsou polarizovatelné. Zatímco Coulombovy a Debyeho síly vyžadují trvalé dipóly, disperzní interakce jsou univerzální a přítomné i v interakcích atom–atom. Disperzní síly jsou slabší než Coulombické a indukční síly.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Van-der-Waals-Kräfte na německé Wikipedii a Van der Waals force na anglické Wikipedii.

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Zwischenmolekulare Kräfte na německé Wikipedii a Intermolecular force na anglické Wikipedii.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]