Propiedades y componentes de las fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de Van der Waals son las fuerzas débiles que contribuyen al enlace intermolecular entre las moléculas. Las moléculas poseen energía inherentemente y sus electrones siempre están en movimiento, por lo que las concentraciones transitorias de electrones en una región u otra conducen a las regiones eléctricamente positivas de una molécula a ser atraídas por los electrones de otra molécula. Del mismo modo, las regiones cargadas negativamente de una molécula son rechazadas por las regiones cargadas negativamente de otra molécula..

Las fuerzas de Van der Waals son la suma de las fuerzas eléctricas atractivas y repulsivas entre átomos y moléculas. Estas fuerzas difieren del enlace químico covalente e iónico porque resultan de fluctuaciones en la densidad de carga de las partículas. Los ejemplos de las fuerzas de van der Waals incluyen enlaces de hidrógeno, fuerzas de dispersión e interacciones dipolo-dipolo.

Conclusiones clave: Fuerzas de Van der Waals

• Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas dependientes de la distancia entre átomos y moléculas no asociadas con enlaces químicos iónicos o covalentes..
• A veces, el término se usa para abarcar todas las fuerzas intermoleculares, aunque algunos científicos solo incluyen entre ellas la fuerza de dispersión de Londres, la fuerza de Debye y la fuerza de Keesom.
• Las fuerzas de Van der Waals son las fuerzas químicas más débiles, pero aún juegan un papel importante en las propiedades de las moléculas y en la ciencia de la superficie..

Propiedades de las fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de van der Waals muestran ciertas características:

• Son aditivos.
• Son más débiles que los enlaces químicos iónicos o covalentes..
• No son direccionales.
• Actúan solo en un rango muy corto. La interacción es mayor cuando las moléculas se acercan.
• Son independientes de la temperatura, con la excepción de las interacciones dipolo-dipolo.

Componentes de las fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de Van der Waals son las fuerzas intermoleculares más débiles. Su resistencia generalmente varía de 0.4 kilojulios por mol (kJ / mol) a 4 kJ / mol y actúa a distancias de menos de 0.6 nanómetros (nm). Cuando la distancia es inferior a 0.4 nm, el efecto neto de las fuerzas es repulsivo ya que las nubes de electrones se repelen entre sí.

Hay cuatro contribuciones principales a las fuerzas de van der Waals:

1. Un componente negativo evita que las moléculas colapsen. Esto se debe al principio de exclusión de Pauli.
2. Se produce una interacción electrostática atractiva o repulsiva entre cargas permanentes, dipolos, cuadrupolos y multipolares. Esta interacción se llama interacción Keesom o fuerza Keesom, llamada así por Willem Hendrik Keesom.
3. Se produce inducción o polarización. Esta es una fuerza atractiva entre una polaridad permanente en una molécula y una polaridad inducida en otra. Esta interacción se llama la fuerza de Debye, para Peter J.W. Debye.
4. La fuerza de dispersión de Londres es la atracción entre cualquier par de moléculas debido a la polarización instantánea. La fuerza lleva el nombre de Fritz London. Tenga en cuenta que incluso las moléculas no polares experimentan la dispersión de Londres.

Fuerzas, geckos y artrópodos de Van der Waals

Los gecos, los insectos y algunas arañas tienen setas en las almohadillas de sus pies que les permiten escalar superficies extremadamente lisas como el vidrio. De hecho, ¡un gecko puede incluso colgarse de un solo dedo! Los científicos han ofrecido varias explicaciones para el fenómeno, pero resulta que la causa principal de la adhesión, más que las fuerzas de Van der Waals o la acción capilar, es la fuerza electrostática..

Los investigadores han producido pegamento seco y cinta adhesiva basada en análisis de gecko y patas de araña. La pegajosidad resulta de pequeños pelos y lípidos parecidos a velcro que se encuentran en los pies de gecko.

Los pies de gecko son pegajosos debido a las fuerzas de van der Waals, las fuerzas electrostáticas y los lípidos que se encuentran en su piel. StephanHoerold / Getty Images

Spider-Man de la vida real

En 2014, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) probó su Geckskin inspirada en gecko, un material basado en las setas de almohadillas de pie de gecko y destinado a dar al personal militar habilidades de Spider-Man. Un investigador de 220 libras que transportaba 45 libras adicionales de equipo escaló con éxito una pared de vidrio de 26 pies con dos paletas de escalada..

Los científicos han encontrado una manera de usar las fuerzas de van der Waals para ayudar a las personas a aferrarse a superficies lisas, como vidrio y paredes. OrangeDukeProductions / Getty Images

Fuentes

• Kellar, Autumn y col. "Evidencia de la adhesión de Van der Waals en Gecko Setae". procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, vol. 99, no. 19, 2002, 12252-6. doi: 10.1073 / pnas.192252799.
• Dzyaloshinskii, I. E. y col. "Teoría general de las fuerzas de Van der Waals". Uspekhi de la física soviética, vol. 4, no. 2, 1961. doi: 10.1070 / PU1961v004n02ABEH003330.
• Israelachvili, J. Fuerzas intermoleculares y superficiales. Prensa académica, 1985.
• Parsegian, V. A. Fuerzas de Van der Waals: un manual para biólogos, químicos, ingenieros y físicos. Cambridge University Press, 2005.
• Wolff, J. O., Gorb, S. N. "La influencia de la humedad en la capacidad de fijación de la araña Philodromus dispar (Araneae, Philodromidae) ". Actas de la Royal Society B: Ciencias biológicas, vol. 279, no. 1726, 2011. doi: 10.1098 / rspb.2011.0505.