نیروی واندروالسی



اتم‌ها در مولکول‌ها توسط پیوندهای کووالانسی کنار هم نگه داشته شده‌اند. اما سوال این است که مولکول‌ها در حال مایع و جامد توسط چه نیرویی بسوی یکدیگر جذب می‌شوند، نیروهایی که مولکول‌های یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر ارتباط می‌دهد به نیروهای بین مولکولی معروف است.

نیروهای بین مولکولی مولکولهای قطبی با نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای غیرقطبی باهم تفاوت دارند. معمولا نیروهای بین مولکولی به نام نیروهای واندروالسی معروفند. وجود این نیروها در بین مولکولها باعث می‌شود که یک ترکیب جامد مولکولی شکل معینی داشته باشد و با غلبه بر این نیروها بتوان آن را به حالت مایع درآورد.


تصویر

تاریخچه

اولین بار "یوهانس واندروالس" در سال 1873 وجود نیروهای جاذبه بین مولکولی در میان مولکولهای گاز را مطرح کردز به نظر واندروالس مجموع این نیروها هستند که مقدار انحراف یک گاز حقیقی از گاز ایده آل را معین می‌کنند توضیح منشأ این نیروهای بین مولکولی توسط "فرتینر لاندن" در 1930 پیشنهاد شد. امروزه نیروهای بین مولکولی را بصورت عام نیروهای واندروالس و نیروهای پراکندگی بین مولکولهای غیرقطبی را نیروهای لاندن می‌نامند.


انواع نیروهای وانىروالسی

نیروهای دوقطبی - دوقطبی

این نیروها بین مولکولهای قطبی دیده می‌شوند. این مولکولها دارای دوقطبیهای دائمی هستند و تمایل به قرار گرفتن در راستای میدان الکتریکی دارند. پایدارترین حالت زمانی است که قطب مثبت یک مولکول تا حد امکان به قطب منفی مولکول مجاور نزدیک باشد. در این شرایط بین مولکولهای مجاور یک نیروی جاذبه الکتروستاتیکی به نام نیروی دوقطبی بوجود می‌آید.

با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی اتم‌ها در یک مولکول دو اتمی می‌توان میزان قطبیت مولکول و جهت‌گیری قطبهای مثبت و منفی را پیش بینی کرد، اما پیش بینی قطبیت مولکولهای چند اتمی باید مبتنی بر شناخت شکل هندسی مولکول و آرایش جفت الکترونهای غیر مشترک باشد.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی نوعی نیروی بین مولکولی می‌باشد که در آن ، بین اتم هیدروژن از یک مولکول با اتمهای الکترونگاتیو F و O و N از مولکول دیگر جاذبه‌ای بوجود می‌آید که به پیوند هیدروژنی معروف است. پیوند هیدروژنی فقط بین ترکیبات دارای H و O و N و F وجود دارد، یعنی در این ترکیبات ، هیدروژن بعنوان پلی بین دو اتم الکترونگاتیو عمل می‌کند. انرژی لازم برای شکستن یک مول پیوند هیدروژنی از حدود 1 تا 10 کیلوکالری متغیر است.

اگرچه پیوندهای هیدروژنی ضعیفتر از پیوندهای کووالانسی می‌باشد، اما در میان نیروهای بین مولکولی قویترین آنها بشمار می‌رود. پیوندهای هیدروژنی نقش موثری در ساختار مواد مهم بیولوژیکی شامل پیوندهای N - H و O - H و تعیین خواص آنها دارد. شکل هندسی پروتئینها و نوکلئیک اسیدها که مولکول‌های آلی دارای زنجیر بلند هستند با پیوند هیدروژنی میان گروههای N - H یک زنجیر و گروه C = O زنجیر مجاور تثبیت می‌شود.

تصویر

نیروهای لاندن (پراکندگی)

مولکول‌های غیرقطبی ، دوقطبی دائمی ندارند ولی با وجود این ، تمام مواد غیرقطبی را می‌توان مایع کرد. از این‌رو ، علاوه بر نیروی دوقطبی - دوقطبی ، باید نوع دیگری از نیروی بین مولکولی وجود داشته باشد. وجود نیروهای پراکندگی در مولکول‌ها بعنوان یک اصل پذیرفته شده‌است. تصور می‌شود این نیروها ناشی از حرکت الکترونها باشد. در یک لحظه از زمان ، ابر الکترونی یک مولکول بنحوی تغییر شکل می‌دهد که یک دوقطبی لحظه‌ای بوجود می‌آید که در آن ، قسمتی از مولکول به مقدار بسیار کم منفی‌تر از قسمتهای دیگر است و در لحظه بعد ، بعلت حرکت الکترونها جهت دوقطبی لحظه‌ای تغییر می‌کند.

اثر این دوقبیهای لحظه‌ای در طول زمان بسیار کوتاه ، یکدیگر را حذف می‌کنند، بصورتی که مولکول غیر قطبی فاقد دوقطبی دائمی می‌شود. ولی دوقطبیهای مواج لحظه‌ای یک مولکول ، دوقطبیهای نظیر خود را در مولکول‌های مجاور القا می‌کنند و حرکت همزمان الکترونهای مولکول‌های مجاور باعث ایجاد نیروی جاذبه بین این دو قطبیهای لحظه‌ای ، نیروی لاندن را تشکیل می‌دهند. نیروی لاندن بین مولکولهای قطبی هم وجود دارد، اما تنها نیروی بین مولکولی موجود در مولکولهای غیرقطبی است.