نیروی واندروالسی چیست؟

یوهانس واندروالسی اولین بار در سال ۱۸۷۳ وجود نیروهای کشش بین مولکولی در میان مولکول های گاز را مطرح نمود، به نظر واندروالس مجموع این نیروها در کنار یکدیگر موجب انحراف یک گاز حقیقی از گاز ایده آل را تعیین می نماید. امروزه نیروهای بین مولکولی را به شکل عام نیروهای واندروالس و نیروهای پراکندگی بین مولکول های غیرقطبی را نیروهای لاندن می گویند.

همه اتم ‌ها در مولکول‌ها به وسیله پیوندهای کووالانسی کنارهم حفظ می شوند ولی سوال این است که مولکول‌ها در حال مایع و جامد به وسیله چه نیروهای به سوی یکدیگر جذب می گردد، نیروهایی که مولکول‌های یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر ارتباط می ‌دهند به نیروهای بین مولکولی معروف می باشند.نیروهای بین مولکولی بین مولکول‌های قطبی با نیروهای بین مولکولی بین مولکول‌های غیرقطبی متفاوت می باشند. به طور معمول نیروهای بین مولکولی به نام نیروهای واندِروالسی شناخته می شوند .وجود این نیروها در بین مولکول‌ها منجر به ایجاد یک ترکیب جامد مولکولی شکل معینی می گردد و با غلبه بر این نیروها می توان آن را به حالت مایع تبدیل کرد.نیروهای جاذبه ی بین مولکولی در گروه های زیر دسته بندی می شوند:

نیروی پیوند هیدروژنی
نیروی یون-دوقطبی القایی (Ion–induced dipole forces)
نیروی یون -دوقطبی(Ion–dipole forces)
) نیروی پراکندگی لاندن (دوقطبی های لحظه ای – القایی (fluctuating dipole–induced dipole interaction)

نیروهای دوقطبی واندروالسی

دوقطبی این نیروها بین مولکول های قطبی مشاهده می گردد. این مولکول ها از دوقطبی های دائمی برخوردار می باشند که به قرار گرفتن در راستای میدان الکتریکی تمایل دارند. پایدارترین حالت وقتی می باشد که قطب مثبت یک مولکول نزدیک به قطب منفی مولکول مجاور قرار گیرد. در این شرایط بین مولکول های مجاور یک نیروی جاذبه الکتروستاتیکی به نام نیروی دوقطبی رخ می دهد.مقدار قطبیت مولکول و جهت‌گیری قطب های مثبت و منفی با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی اتم‌ها در یک مولکول دو اتمی می ‌توان پیش بینی نمود ولی پیش بینی قطبیت مولکول های چند اتمی می بایست مبتنی بر شناخت شکل هندسی مولکول و آرایش جفت الکترون های غیر مشترک قرار گیرد.

انواع نیروی واندروالسی

همانطور که می دانید اتم‌ها در مولکول ها توسط پیوندهای کووالانسی کنار هم نگه داشته می شوند ولی سوال این است که مولکول ها در حال مایع و جامد به وسیله چه نیرویی به سوی یکدیگر جذب می گردد، نیروهایی که مولکول های یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر مرتبط می کند به نیروهای بین مولکولی معروف می باشد. برای خرید مستربچ کلیک کنید.

اتم ها با نیرویی به نام پیوند کووالانسی مولکول ها را شکل می بخشد ولی در یک ماده به شکل های مختلف مولکول ها با نیرویی به نام نیروی واندروالسی کنار هم جای می گیرند. این نیروهای بین مولکولی حالت های مختلف جامد و مایع بودن را تعیین می کنند. برای مثال زمانی که یک جامد ذوب می شود می بایست بر نیروی بین مولکول های آن غلبه شود و برای این کار انرژی مصرف می گردد و مولکول ها به شکل مایع در می آیند. به طور کلی نیروهای بین مولکول به چهار گروه تقسیم می شوند که عبارت اند از :

۱- نیروهای دوقطبی – دوقطبی

۲- نیروهای دوقطبی – دوقطبی القایی

۳- نیروهای لاندون (پراکندگی)

۴- پیوند هیدروژنی پیوند هیدروژنینیروی بین مولکولی پیوند هیدروژنی می باشد که در آن بین اتم هیدروژن از یک مولکول با اتم های الکترونگاتیو F و O و N از مولکول دیگر جاذبه‌ای ایجاد می کند که به پیوند هیدروژنی شناخته می شود. پیوند هیدروژنی تنها بین ترکیبات دارای H و O و N و F وجود دارد به این معنا که این ترکیبات هیدروژن به عنوان پلی بین دو اتم الکترونگاتیو عمل می نماید. انرژی لازم جهت شکستن یک مول پیوند هیدروژنی از حدود ۱ تا ۱۰ کیلوکالری متفاوت می باشد.

ابا وجود آنکه پیوندهای هیدروژنی از پیوندهای کووالانسی ضعیف تر می باشد ولی در میان نیروهای بین مولکولی قویترین آن ها محسوب می شود. پیوندهای هیدروژنی نقش زیادی در ساختار مواد مهم بیولوژیکی شامل پیوندهای N -H و O-H و تعیین خواص آن ها می گذارد. شکل هندسی پروتئین‌ ها و اسیدهای نوکلئیک که مولکول های آلی از زنجیر بلند برخوردار می باشند با پیوند هیدروژنی میان گروه های N – H یک زنجیر و گروه C = O زنجیر مجاور تثبیت می گردد.

نیروی بین مولکولی چیست؟

خواص مایعات، خواصی بینابین گازها و جامدات می باشند ولی بیشتر به مواد جامد شباهت دارند. برخلاف «نیروهای درون‌مولکولی» مانند پیوندهای کووالانسی که اتم‌ها را در مولکول‌ها و یون‌های اتمی کنار هم حفظ می کند ، نیروهای بین مولکولی باعث قرارگیری مولکول ‌‌های جامد یا مایع در کنار هم می گردد. به طور کلی نیروهای بین مولکولی خیلی از پیوندهای کووالانسی ضعیف ‌تر می باشند.

تعریف ساده تری که می توان برای آن داشت نیروهای جاذبه و دافعه‌ای که بین ذرات همجوار (اتم، مولکول یا یون) عمل می نمایند. نسبت به نیروهای درون ذره‌ای، این نیرو ،نیرویی که یک مولکول را ثابت نگه می دارد و ضعیف‌ تر عمل می کند. مثلا پیوند کووالانسی موجود در داخل مولکول هیدروژن کلرید(HCl) در مقابل نیروهای بین مولکول‌ های همسایه بسیار قوی ‌تر می باشد که وقتی که مولکول‌ ها به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک هستند. نیروهای بین مولکولی بسیار کوتاه برد می باشند به این معنا که زمانی که فاصلهٔ مولکول‌ ها، چند برابر فاصلهٔ بین مولکولی باشد، نیروهای بین مولکولی کوچک تر و حتی صفر خواهد بود. تاثیری که زوج الکترون ناپیوندی روی گشتاور دو قطبی یک مولکول دارد، در مورد NF3 مشاهده می شود.