כוח ואן דר ואלס
כוחות ואן דר ואלס, הנקראים על שם המדען ההולנדי יוהנס דידריק ואן דר ואלס, הם כוחות המופעלים בין מולקולות כתוצאה מהצטברות זמנית של האלקטרונים באחד הצדדים של מולקולה שאינה קוטבית. מכיוון שבניגוד לתכונות של קשרים כימים, הם אינם תלויים בכיוון והם אינם ספציפיים (פועלים בין כל זוג מולקולות ללא קשר לסוגן) אין להתייחס אליהם כקשרים.
האלקטרונים נמצאים בתנועה מהירה סביב האטום, דבר זה גורם לחוסר שוויון, קטן וזמני במטען (דיפול) באטום, מצב זה יגרום לשכנו הקרוב גם דיפול, כאשר המשיכה האלקטרוסטטית בין האטומים היא זעירה ורגעית.
פעולת כוחות ואן דר ואלס
מרבית המולקולות אינן קוטביות, בממוצע על-פני הזמן האלקטרונים מתפלגים בצורה אחידה בין האטומים במולקולה. אך אם נסתכל ברגע נתון על המולקולה נבחין שמאחר שהאלקטרונים משנים את מיקומם ללא הרף, ישנם רגעים בהם האלקטרונים אינם מפולגים שווה סביב המולקולה, ונוצר מצב בו האלקטרונים נעים לצד מסוים של האטום או המולקולה. לכן בצידו של הגרעין תמצא קוטביות חלקית חיובית, ובצד אליו נמשכו האלקטרונים תמצא קוטביות חלקית שלילית.
ייתכן והמצב יקרה בשתי מולקולות שכנות. הקוטב השלילי ימשך לקוטב החיובי של המולקולה השכנה. כוחות ואן דר ואלס הם המשפיעים על נקודות הרתיחה והקיפאון של החומרים שאינם קוטביים.
כוחות ואן דר ולס מתחלקים לשלושה סוגים עיקרים:
- דיפול-דיפול: כדוגמה קלאסית לכך ניתן להסתכל על מולקולת HCl שבה אטום הכלור הוא בעל זיקה אלקטרונית שלילית ואטום המימן בעל זיקה אלקטרונית חיובית, יש משיכה בין הקטבים השונים של המולקולות השונות. כוחות אלו נקראים כוחות קיסום KEESOM על שמו של ווילם הנדריק קיסום שגילה אותם.
- דיפול-דיפול מושרה: על אטום ארגון Ar שהוא גז אציל יש מטען אחיד אך המטען מתפלג בזמן על האטום בצורה שונה ולכן ייתכן דיפול רגעי על פני אטום הארגון שיגרום למשיכה בינו לבין מולקולת HCl למשל. כוחות אלו נקראים כוחות דבאיי DEBYE על שמו של פטר יוסף וויליאם דבאיי.
- דיפול רגעי-דיפול מושרה: במקרה של שני אטומי ארגון, תהיה ביניהם משיכה. כתוצאה מהתפלגות מטען רגעית לא אחידה בין האטומים, יהיו אזורים בעלי עודף מטען חיובי ואזורים בעלי עודף מטען שלילי, ולכן תהיה בהם קוטביות רגעית, וכתוצאה - משיכה הדדית. כוחות אלו נקראים כוחות לונדון LONDON על שמו של פריץ לונדון.
עוצמתם של כוחות ואן דר ואלס
עוצמת כוחות הואן דר ואלס בין מולקולות תלויה במספר גורמים. החשובים שבהם (בסדר יורד של השפעה) הם:
- מספר האלקטרונים במולקולה: ככל שלחומר ענן אלקטרונים גדול יותר כך כוחות הואן דר ואלס בין מולקולותיו יהיו חזקים יותר. ניתן להסביר זאת בעזרת חוק קולון - ככל שהמטען גדל הכוח (F) גדל.
- קוטביות: כאשר במולקולות של חומר ישנו דו קוטב קבוע, כוחות הואן דר ואלס ביניהן יהיו חזקים יותר מאשר בין מולקולות של חומר בעל דו קוטב רגעי בלבד.
- שטח פנים המולקולות: ככל ששטח פני המולקולות גדול יותר כך קשרי הואן דר ואלס ביניהן חזקים יותר. לדוגמה, למרות שמסתן המולרית שווה, בין מולקולות פנטאן קשרי ואן דר ואלס חזקים יותר מאשר בין מולקולות 2,2 דו-מתיל פרופאן, בשל שטח הפנים הגדול יותר של מולקולות הפנטאן.
ראו גם
קישורים חיצוניים
סרטון המסביר את כוחות ואן דר ואלס באתר YouTube