LỰC VAN DER WAALS LÀ GÌ? - HÓA HỌC - 2026

Lực Van der Waals là lực điện liên phân tử có bản chất là lực hút hoặc lực đẩy. Có sự tương tác giữa các bề mặt của phân tử hoặc nguyên tử, khác về bản chất với các liên kết ion, cộng hóa trị và liên kết kim loại hình thành bên trong phân tử.

Tuy yếu nhưng các lực này có khả năng hút các phân tử khí; cũng như của khí hóa lỏng và hóa rắn và của tất cả các chất lỏng và chất rắn hữu cơ. Johannes Van der Waals (1873) là người đã phát triển lý thuyết để giải thích hành vi của khí thực.

Trong cái gọi là phương trình Van der Waals cho khí thực - (P + an ² / V ² ) (V - nb)) = nRT- hai hằng số được đưa ra: hằng số b (nghĩa là, thể tích chiếm bởi các phân tử của khí) và "a", là hằng số thực nghiệm.

Hằng số "a" điều chỉnh độ lệch so với hành vi mong đợi của khí lý tưởng ở nhiệt độ thấp, chính xác là nơi biểu thị lực hút giữa các phân tử khí. Khả năng phân cực của một nguyên tử trong bảng tuần hoàn tăng từ đầu một nhóm đến cuối nhóm và từ phải sang trái trong một chu kỳ.

Khi số lượng nguyên tử tăng lên - và do đó số lượng electron - những electron nằm ở lớp vỏ bên ngoài sẽ dễ di chuyển hơn để tạo thành các nguyên tố phân cực.

Tương tác điện giữa các phân tử

Tương tác giữa các lưỡng cực vĩnh viễn

Có những phân tử trung hòa về điện, là những chất lưỡng cực vĩnh cửu. Điều này là do sự xáo trộn trong phân bố điện tử tạo ra sự phân tách trong không gian của các điện tích âm và dương về phía các đầu của phân tử, tạo thành một lưỡng cực (như thể nó là một nam châm).

Nước được tạo thành từ 2 nguyên tử hydro ở một đầu của phân tử và một nguyên tử oxy ở đầu kia. Oxy có ái lực với electron cao hơn hydro và thu hút chúng.

Điều này tạo ra sự dịch chuyển của các electron về phía oxy, để lại phần tử này mang điện tích âm và hydro mang điện tích dương.

Điện tích âm của phân tử nước có thể tương tác tĩnh điện với điện tích dương của phân tử nước khác gây ra lực hút điện. Do đó, loại tương tác tĩnh điện này được gọi là lực Keesom.

Tương tác giữa một lưỡng cực vĩnh viễn và một lưỡng cực cảm ứng

Lưỡng cực vĩnh viễn thể hiện cái được gọi là momen lưỡng cực (µ). Độ lớn của mômen lưỡng cực được cho bởi biểu thức toán học:

µ = qx

q = điện tích.

x = khoảng cách không gian giữa các cực.

Mômen lưỡng cực là một vectơ mà theo quy ước, được biểu diễn hướng từ cực âm sang cực dương. Độ lớn của µ đau thể hiện bằng debye (3,34 × 10 ^-30 Cm

Lưỡng cực vĩnh cửu có thể tương tác với một phân tử trung tính gây ra sự thay đổi trong phân bố điện tử của nó, dẫn đến một lưỡng cực cảm ứng trong phân tử này.

Lưỡng cực vĩnh cửu và lưỡng cực cảm ứng có thể tương tác điện, tạo ra lực điện. Loại tương tác này được gọi là cảm ứng, và các lực tác dụng lên nó được gọi là lực Debye.

London lực lượng hoặc phân tán

Bản chất của các lực hấp dẫn này được giải thích bằng cơ học lượng tử. Luân Đôn công nhận rằng, trong tức thời, trong các phân tử trung hòa về điện, tâm các điện tích âm của các electron và tâm các điện tích dương của hạt nhân có thể không trùng nhau.

Vì vậy, sự dao động của mật độ electron cho phép các phân tử hoạt động như các lưỡng cực tạm thời.

Bản thân đây không phải là lời giải thích cho các lực hấp dẫn, nhưng các lưỡng cực tạm thời có thể tạo ra sự phân cực được sắp xếp phù hợp của các phân tử liền kề, dẫn đến việc tạo ra lực hấp dẫn. Các lực hấp dẫn tạo ra bởi các dao động điện tử được gọi là lực Luân Đôn hay sự phân tán.

Lực Van der Waals thể hiện tính dị hướng, đó là lý do tại sao chúng bị ảnh hưởng bởi sự định hướng của các phân tử. Tuy nhiên, các tương tác kiểu phân tán luôn có sức hấp dẫn chủ yếu.

Lực London trở nên mạnh hơn khi kích thước của các phân tử hoặc nguyên tử tăng lên.

Trong các halogen, phân tử F ₂ và Cl ₂ có số nguyên tử thấp là chất khí. Br ₂ có số nguyên tử cao nhất là chất lỏng và I ₂ , halogen có số nguyên tử cao nhất, là chất rắn ở nhiệt độ thường.

Khi số lượng nguyên tử tăng lên, số lượng các điện tử hiện diện tăng lên, điều này tạo điều kiện cho sự phân cực của các nguyên tử và do đó, tương tác giữa chúng. Điều này xác định trạng thái vật lý của các halogen.

Bộ đàm Van der Waals

Tương tác giữa các phân tử và giữa các nguyên tử có thể là lực hút hoặc lực đẩy, tùy thuộc vào khoảng cách tới hạn giữa các tâm của chúng, được gọi là r _v .

Ở khoảng cách giữa các phân tử hoặc nguyên tử lớn hơn r _v , lực hút giữa các hạt nhân của một phân tử này với các electron của phân tử khác trội hơn lực đẩy giữa các hạt nhân và các electron của hai phân tử.

Trong trường hợp được mô tả, tương tác là hấp dẫn, nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu các phân tử tiếp cận ở khoảng cách giữa các tâm của chúng nhỏ hơn rv? Khi đó, lực đẩy chiếm ưu thế hơn lực hút, lực đẩy phản đối sự tiến lại gần hơn giữa các nguyên tử.

Giá trị của r _v được cho bởi cái gọi là bán kính Van der Waals (R). Đối với các phân tử hình cầu và giống hệt nhau r _v bằng 2R. Đối với hai phân tử có bán kính R ₁ và R _{2 khác nhau} : r _v bằng R ₁ + R ₂ . Các giá trị của bán kính Van der Waals được cho trong Bảng 1.

Giá trị đưa ra trong Bảng 1 cho thấy bán kính Van der Waals là 0,12 nm ( ^10-9 m) đối với hydro. Vậy giá trị của r _v đối với nguyên tử này là 0,24 nm. Đối với giá trị của r _v nhỏ hơn 0,24 nm thì sẽ có lực đẩy giữa các nguyên tử hydro.

Bảng 1. Bán kính Van der Waals của một số nguyên tử và nhóm nguyên tử.

Lực và năng lượng của tương tác điện giữa các nguyên tử và giữa các phân tử

Lực giữa một cặp điện tích q ₁ và q ₂ cách nhau một khoảng r trong chân không được cho bởi định luật Coulomb.

F = k. q ₁ .q ₂ / r ²

Trong biểu thức này, k là một hằng số có giá trị phụ thuộc vào các đơn vị được sử dụng. Nếu giá trị của lực - được cho bởi áp dụng định luật Coulomb - là âm, thì nó chỉ ra một lực hấp dẫn. Ngược lại, nếu giá trị cho của lực là dương, thì đó là biểu hiện của lực đẩy.

Vì các phân tử thường ở trong môi trường nước để che chắn các lực điện tác dụng, nên cần đưa ra thuật ngữ hằng số điện môi (ε). Do đó, hằng số này hiệu chỉnh giá trị cho lực điện bằng cách áp dụng định luật Coulomb.

F = kq ₁ .q ₂ /ε.r ²

Tương tự, năng lượng cho tương tác điện (U) được cho bởi biểu thức:

U = k. q ₁ .q ₂ /ε.r

Người giới thiệu

1. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2018). Lực Van der Waals. Truy cập ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: britannica.com
2. Wikipedia. (2017). Lực Van der Waals. Truy cập ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: es.wikipedia.org
3. Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Lực Van der Waals. Được lấy vào ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: chem.libretexts.org
4. Morris, JG (1974) Một nhà sinh vật học Hóa lý. 2 và phiên bản. Edward Arnold (Nhà xuất bản) Limited.
5. Mathews, CK, Van Holde, KE và Ahern, KG (2002) Hóa sinh. Ấn bản thứ ba. Addison Wesley Longman, Inc.