Le forze di Van der Waals formano legami elettrostatici tra le molecole. I legami intermolecolari inclusi i legami di Van der Waals tengono insieme le molecole in liquidi e solidi e sono responsabili di fenomeni quali la tensione superficiale nei liquidi e i cristalli nei solidi. Le forze intermolecolari sono molto più deboli delle forze interne che tengono insieme gli atomi nelle molecole, ma sono ancora abbastanza forti da influenzare il comportamento e le proprietà di molti materiali.

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Le forze elettrostatiche di Van de Waals agiscono tra le molecole per formare legami deboli. I tipi di forze di Van der Waals, dal più forte al più debole, sono le forze dipolo-dipolo, le forze dipolari indotte dal dipolo e le forze di dispersione di Londra. Il legame idrogeno si basa su un tipo di forza dipolo-dipolo particolarmente potente. Queste forze aiutano a determinare le caratteristiche fisiche dei materiali.

Tipi di forze di Van der Waals

Tre tipi di forze di Van der Waals, da forti a deboli, sono forze dipolo-dipolo, dipolo indotto da dipolo forze e le forze di dispersione di Londra. I dipoli sono molecole polari con poli caricati negativamente e positivamente alle estremità opposte della molecola. Il polo negativo di una molecola attrae il polo positivo di un'altra molecola, formando un legame dipolo-dipolo elettrostatico.

Quando una molecola di dipolo carica si avvicina a una molecola neutra, induce una carica opposta nella molecola neutra, e le cariche opposte si attraggono per formare un legame dipolo indotto da dipolo. Quando due molecole neutre diventano dipoli temporanei perché i loro elettroni si depositano su un lato della molecola, le molecole neutre sono attratte da forze elettrostatiche chiamate forze di dispersione di Londra e possono formare un legame corrispondente.

Dispersione di Londra le forze sono deboli in piccole molecole, ma aumentano la loro forza in molecole più grandi dove molti degli elettroni sono relativamente lontani dal nucleo caricato positivamente e sono liberi di muoversi. Di conseguenza, possono accumularsi in modo asimmetrico attorno alla molecola, creando l'effetto dipolo temporaneo. Per le grandi molecole, le forze di dispersione di Londra diventano un fattore significativo nel loro comportamento.

Quando una molecola di dipolo contiene un atomo di idrogeno, può formare un legame dipolo-dipolo particolarmente forte, perché l'atomo di idrogeno è piccolo e il la carica positiva è concentrata. L'aumento della forza del legame rende questo caso speciale chiamato legame idrogeno.

In che modo le forze di Van der Waals influenzano i materiali

Nei gas a temperatura ambiente, le molecole sono troppo distanti e hanno troppo energia che deve essere influenzata dalle forze intermolecolari di Van der Waals. Queste forze diventano importanti per liquidi e solidi perché le molecole hanno meno energia e sono più vicine tra loro. Le forze di Van der Waals sono tra le forze intermolecolari che tengono insieme liquidi e solidi e conferiscono loro le loro proprietà caratteristiche.

Nei liquidi, le forze intermolecolari sono ancora troppo deboli per mantenere le molecole in posizione. Le molecole hanno abbastanza energia per creare e rompere ripetutamente i legami intermolecolari, scivolando l'uno sull'altro e prendendo la forma del loro contenitore. Ad esempio, in acqua, le molecole bipolari sono costituite da un atomo di ossigeno caricato negativamente e da due atomi di idrogeno caricati positivamente. I dipoli d'acqua formano forti legami idrogeno che tengono insieme le molecole d'acqua. Di conseguenza, l'acqua ha un'alta tensione superficiale, un alto calore di vaporizzazione e un punto di ebollizione relativamente alto per il peso della molecola.

Nei solidi, gli atomi hanno troppo poca energia per rompere i legami di le forze intermolecolari, e sono tenute insieme con poco movimento. Oltre alle forze di Van der Waals, il comportamento delle molecole di solidi può essere influenzato da altre forze intermolecolari, come quelle che formano legami ionici o metallici. Le forze tengono le molecole di solidi in reticoli cristallini come i diamanti, in metalli come il rame, in solidi omogenei come il vetro o in solidi flessibili come la plastica. Mentre i forti legami chimici che tengono insieme gli atomi nelle molecole determinano le caratteristiche chimiche dei materiali, le forze intermolecolari incluse le forze di Van der Waals influenzano le caratteristiche fisiche.