van der Waals kuvvetleri

Van der Waals kuvvetleri, atomlar ve moleküller gibi nötr kimyasal türler arasındaki zayıf çekimlerden sorumlu moleküller arası etkileşimlere verilen ortak addır . Çok kısa menzilli nispeten zayıf kuvvetlerdir ve aynı anda mevcut olan veya olmayan üç farklı tip kuvvetin toplamından oluşurlar. Bu üç kuvvet, Keesom kuvvetleri, Debye kuvvetleri ve Londra dağılma kuvvetleridir.

İyonik, metalik ve kovalent bağlarda bulunan bağlama kuvvetlerinden çok daha zayıf etkileşimler olmalarına rağmen, ilgili moleküller yeterince büyük olduğunda önemli hale gelebilirler.

Van der Waals kuvvetleri, geko ve eklembacaklıların cam ve seramik gibi çok pürüzsüz yüzeylere tırmanma yeteneğinden sorumludur.

Farklı yüzeyler ile bant arasındaki yapışma kuvvetlerinden ve diğer yapışkan maddelerden de sorumludurlar. Aslında yapışkan bant, van der Waals kuvvetleri sayesinde var olur. Bu kuvvetler yakın mesafeden birleştirmek istediğimiz parçaları (örneğin bir karton kutunun kapakları gibi) bir arada tutacak kadar güçlüdür, ama aynı zamanda onları kolayca ayırabileceğimiz kadar zayıftır.

van der Waals kuvvetlerinin özellikleri

• Atomlar ve moleküller arasındaki tüm etkileşimler gibi, van der Waals kuvvetleri de elektrostatik kaynaklıdır.
• Bunlar çok kısa menzilli kuvvetlerdir, yani sadece moleküller birbirine çok yakın olduğunda önemlidirler ve uzaklaştıkça hızla kaybolurlar.
• İki molekül belirli bir minimum mesafenin altında birbirine yaklaştığında, van der Waals kuvvetleri itici hale gelir. Bu, atomların ve moleküllerin birbirine çarpmamasını sağlar.
• İyonik ve kovalent bağlara kıyasla zayıf kuvvetlerdir. Bunun nedeni, bazıları yalnızca çok kısa süreler için var olan küçük kısmi yükler arasında çekici kuvvetlerin var olmasıdır.
• Van der Waals kuvvetlerinin bazı bileşenleri yönselliğe sahip değildir. Bu, yeterince yakın olan iki molekülün, birbirlerine göre yönelimleri ne olursa olsun, her zaman birbirlerine karşı çekici bir kuvvet hissedecekleri anlamına gelir.
• Yönsüzlükleri ile birleştiğinde, iki molekül arasındaki temas yüzeyi yeterince büyükse önemli ölçüde yoğun hale gelebilecekleri anlamına gelen katkı maddesidirler.
• Keesom kuvvetleri dışındaki van der Waals kuvvetlerinin tüm bileşenleri sıcaklıktan bağımsızdır.
• Yapısı veya bileşimi ne olursa olsun herhangi bir atom veya molekül arasında oluşabilirler.

Van der Waals kuvvetlerinin bileşenleri

Van der Waals kuvvetleri, üç farklı çekim kuvvetinin toplamına karşılık gelir. Bu bileşenlerden bazıları, söz konusu atom veya moleküllerden bağımsız olarak her zaman bulunurken, diğerleri yalnızca polar moleküllerde ortaya çıkar. Bu üç bileşen şunlardır:

Keesom kuvvetleri veya dipol-dipol etkileşimleri

Van der Waals kuvvetlerinin üç bileşeninden en yoğun etkileşimler, polar moleküllerin zıt kutupları arasındaki çekimden kaynaklanan, yani kalıcı bir dipole sahip olanlardır. Bu tür kuvvetler veya iki kalıcı dipol arasındaki etkileşimler, 20. yüzyılın başında onları inceleyen Hollandalı fizikçi Willem Hendrik Keesom’dan sonra Keesom kuvvetleri olarak adlandırılır.

Bu durumlarda, bir polar molekülün dipolünün kısmi pozitif yükü (δ+), yine polar bir molekül olan bir ikinci dipolün kısmi negatif yükü (δ-) tarafından çekilir (ve tersi). Bu moleküller birbirinin aynısı olabilir veya olmayabilir.

Keesom kuvvetleri, polar maddelerin polar çözücülerdeki çözünürlüğünden birincil olarak sorumludur. Ayrıca bariz sebeplerden dolayı sadece polar moleküller arasında meydana gelirler.

Debye kuvvetleri veya indüklenmiş dipol-dipol etkileşimleri

Kalıcı bir dipole (polar bir molekül) sahip bir molekül, polar olmayan nötr bir moleküle veya amfipatik bir molekülün (kutupsal bir baş ve apolar bir kuyruğa sahip olan) polar olmayan kısmına yaklaştığında, dipolün kısmi yükü çeker. ikinci molekülün yüzeyinden elektronlar (kısmen pozitifse) veya onları iter (kısmen negatifse). Bunun etkisi, elektronların yüzeyindeki dağılımının polar olmayan molekülde bozularak küçük bir dipol oluşumuna neden olmasıdır. Bu indüklenmiş dipol daha sonra polar molekülün dipolüne çekilir.

Kalıcı bir dipol ile indüklenmiş bir dipol arasındaki bu tür etkileşimlere Debye kuvvetleri denir ve yoğunluk bakımından van derWaals kuvvetlerinin ikinci bileşenine karşılık gelir.

London dispersiyon kuvvetleri veya indüklenmiş dipol kaynaklı dipol etkileşimleri

Bir molekülün herhangi bir kalıcı dipol momentine sahip olmadığı durumlarda veya dipollere sahip olamayan nötr atomların durumlarında, onu karakterize eden Fritz London’dan sonra adlandırılan, London dispersiyon kuvveti adı verilen çekici bir kuvvetin ortaya çıkma olasılığı hala vardır . 1930’da

Bu durumda çekim, elektronların aynı anda her yerde olamayacak parçacıklar olması gerçeğinin bir sonucu olarak, tüm atom ve moleküllerin yüzeyinde beliren ve kaybolan küçük anlık dipoller arasındadır. Sabit hareketi nedeniyle, bir atomun veya molekülün bir tarafında diğer tarafında olduğundan daha fazla elektron olduğu zamanlar vardır. Elektrik yüklerinin bu düzensiz dağılımı, hiçbir zaman hareketsiz kalmayan elektronlar molekülün diğer tarafına döner dönmez kaybolan küçük bir dipole neden olur.

Kısa süreleri, anlık dipoller olarak adlandırılmalarına neden olur ve moleküller, atomlar veya iyonlar olsun, kesinlikle tüm kimyasal maddelerin yüzeyinde şaşırtıcı bir sıklıkta görünüp kaybolurlar. İki molekül birbirine yaklaştığında, bir molekülün anlık dipolleri ile diğerininkiler arasında çekici kuvvetler olacaktır. Bu dipollerden biri kaybolduğunda, diğer tarafta bir diğeri belirir ve herhangi bir anda her iki molekülde de belirli sayıda çeken dipol olacaktır.

London kuvvetleri polar olmayan bileşiklerde bulunan tek moleküller arası etkileşimlerdir ve ayrıca tüm van der Waals kuvvetlerinin en zayıf bileşenidir. Bununla birlikte, iki molekül arasındaki temas yüzeyi ne kadar büyükse, onları birbirine çeken anlık dipollerin sayısı da o kadar fazladır, bu nedenle plastikleri oluşturan polimerler gibi apolar makromoleküllerin durumunda London kuvvetleri önemli hale gelebilir.

van der Waals kuvvetlerine örnekler

• İki su molekülü arasındaki dipol-dipol etkileşimleri.
• Paketleme bandının yapışma gücü.
• Argon veya kripton gibi asil gazları yoğunlaştırırken, atomları bir arada tutan kuvvetler London dispersiyon kuvvetleridir.
• Bir metanol molekülü ile bir trigliseridin alifatik kuyruğu arasında indüklenen dipol-dipol etkileşimleri .
• Bu gaz suda çözündüğünde, su molekülleri (polar olan) ve oksijen gazı molekülleri (polar olan) arasında meydana gelen indüklenmiş dipol-dipol kuvvetleri.
• Polietilen gibi plastikler söz konusu olduğunda , _-CH2- gruplarının uzun polar olmayan zincirleri arasında meydana gelen London kuvvetleri .
• Geko’nun pedlerinin cam gibi cilalı yüzeylere yapışması.
• Oda sıcaklığında sıvı haldeki brom (Br ₂ ) ve katı haldeki iyot (I ₂ ) moleküllerini bir arada tutan kuvvetler .

Referanslar

Heltzel, Carl E. (Ekim 2020). Yapışkan Yenilikler Dünyayı Nasıl Değiştirdi? ChemMatters. https://www.acs.org/content/dam/acsorg/education/resources/highschool/chemmatters/issues/2020-2021/october-2020/sticky-chemistry-pages.pdf adresinden alındı.

R. Moreno, E. Bannier (2015). 3- Hammadde süspansiyonları ve solüsyonları. Termal Sprey Kaplamaların Gelecekteki Gelişiminde, Editör(ler): Nuria Espallargas. 51-80. Woodhead Yayıncılık. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780857097699000038 adresinden alındı.

Adaira, JH, Suvacib, E., Sindela, J. (2001) Yüzey ve Kolloid Kimyası. Malzeme Ansiklopedisi’nde: Bilim ve Teknoloji. 1-10. Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526016223 adresinden alındı.

Van der Waals kuvvetleri. (son). https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/tiposdeenlaces/vanderwaals adresinden alındı.

EcuRed. (son). Van der Waals kuvvetleri – EcuRed. https://www.ecured.cu/Fuerzas_de_Van_der_Waals adresinden alındı