ファン デル ワールス力: プロパティとコンポーネント
分子はエネルギーを持っているので、常に動いています。これにより、電気双極子が生成されます。パシーカ/SPL、ゲッティ イメージズ
ファン デル ワールス力は、以下に寄与する弱い力です。 分子間 ボンディング の間に 分子 .分子は本質的にエネルギーを持っており、その電子は常に動いているため、ある領域または別の領域に一時的に電子が集中すると、分子の電気的に正の領域が別の分子の電子に引き寄せられます。同様に、ある分子の負に帯電した領域は、別の分子の負に帯電した領域によって反発されます。
ファン デル ワールス力は、原子と分子の間の電気的な引力と反発力の合計です。これらの力は、粒子の電荷密度の変動に起因するため、共有結合やイオン化学結合とは異なります。ファンデルワールス力の例としては、 水素結合 、 分散力 、および双極子間相互作用。
重要ポイント: ファン デル ワールス軍
- ファン デル ワールス力は、共有結合またはイオン化学結合に関連付けられていない原子と分子の間の距離に依存する力です。
- この用語はすべての分子間力を包含するために使用されることもありますが、一部の科学者はロンドン分散力、デバイ力、およびキーサム力のみを含めます。
- ファン デル ワールス力は化学力の中で最も弱い力ですが、分子の特性や表面科学において依然として重要な役割を果たしています。
ファンデルワールス力の性質
ファン デル ワールス力によって特定の特性が示されます。
- それらは付加的です。
- それらは、イオンまたは共有化学結合よりも弱いです。
- 方向性はありません。
- 彼らは非常に短い範囲でしか行動しません。相互作用は、分子が近づくほど大きくなります。
- それらは、双極子間相互作用を除いて、温度に依存しません。
ファン デル ワールス力の成分
ファンデルワールス力が最も弱い 分子間力 .それらの強度は通常、1 モルあたり 0.4 キロジュール (kJ/mol) から 4 kJ/mol の範囲で、0.6 ナノメートル (nm) 未満の距離で作用します。距離が 0.4 nm 未満の場合、電子雲が互いに反発するため、力の正味の効果は反発的になります。
ファン デル ワールス力への主な貢献は次の 4 つです。
- 負の成分が分子の崩壊を防ぎます。これは、 パウリの排他原理 .
- 永久電荷間で引力的または反発的な静電相互作用が発生し、 双極子 、四重極、および多重極。この相互作用は、Willem Hendrik Keesom にちなんで、Keesom 相互作用または Keesom force と呼ばれます。
- 誘導または分極が発生します。これは、ある分子の永久極性と別の分子の誘導極性との間の引力です。この相互作用は、ピーター J.W.デバイ。
- ロンドン分散力は、瞬時分極による任意の分子ペア間の引力です。部隊はフリッツ・ロンドンにちなんで名付けられました。非極性分子でもロンドン分散が発生することに注意してください。
ファンデルワールス軍、ヤモリ、節足動物
ヤモリ、昆虫、一部のクモは足の裏に剛毛があり、ガラスなどの非常に滑らかな表面を登ることができます。実際、ヤモリは足の指 1 本でぶら下がることさえできます。科学者はこの現象についていくつかの説明を提供してきましたが、接着の主な原因は、ファン デル ワールス力や毛細管現象よりも大きいことが判明しました。静電気力.
研究者は、ヤモリとクモの足の分析に基づいて、乾いた接着剤と粘着テープを作成しました。粘着性は、ヤモリの足に見られるベルクロのような小さな毛と脂質に起因します。
ヤモリの足は、ファン デル ワールス力、静電気力、および皮膚に見られる脂質のために粘着性があります。 StephanHoerold /ゲッティイメージズ
現実のスパイダーマン
2014 年、米国防総省高等研究計画局 (DARPA) は、ヤモリに着想を得た Geckskin をテストしました。 ヤモリ フットパッドであり、軍人にスパイダーマンのような能力を与えることを目的としています。追加の 45 ポンドのギアを運ぶ 220 ポンドの研究者は、2 つのクライミング パドルを使用して 26 フィートのガラスの壁を登ることに成功しました。
科学者たちは、ファン デル ワールス力を利用して、人がガラスや壁などの滑らかな表面にしがみつくのを助ける方法を発見しました。 OrangeDukeProductions/ゲッティイメージズ
ソース
- ケラー、秋、他。 「ヤモリ剛毛におけるファンデルワールス接着の証拠。」 米国科学アカデミーの議事録 、巻。 99、いいえ。 19、2002、12252–6。 doi:10.1073/pnas.192252799.
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