Силы Ван-дер-Ваальса

Ван-дер-ваа́льсовы си́лы — силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с энергией 10—20 кДж/моль. Этим термином первоначально обозначались все такие силы, в современной науке он обычно применяется к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Открыты Я. Д. Ван дер Ваальсом в 1869 году.

Ван-дер-ваальсовы силы межатомного взаимодействия инертных газов обусловливают возможность существования агрегатных состояний инертных газов (газ, жидкость и твёрдые тела).

К ван-дер-ваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и индуцированными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия, а также водородные связи, определяют формирование пространственной структуры биологических макромолекул.

Ван-дер-ваальсовы силы также возникают между частицей (макроскопической частицей или наночастицей) и молекулой и между двумя частицами.

Классификация ван-дер-ваальсовых сил

Ван-дер-ваальсовое взаимодействие состоит из трех типов слабых электромагнитных взаимодействий:

• Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение. Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными диполями. Примером может служить HCl в жидком и твердом состоянии. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна кубу расстояния между диполями.
• Дисперсионное притяжение (лондоновские силы, дисперсионные силы). Обусловлены взаимодействием между мгновенным и наведенным диполем. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.
• Индукционное притяжение. Взаимодействие между постоянным диполем и наведенным (индуцированным). Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.

До сих пор многие авторы исходят из предположения, что ван-дер-ваальсовые силы определяют межслоевое взаимодействие в слоистых кристаллах, что противоречит экспериментальным данным: масштабу анизотропии температуры Дебая и, соответственно, масштабу анизотропии решёточного отражения. Исходя из данного ошибочного предположения построены многие двумерные модели, «описывающие» свойства, в частности графита и нитрида бора.

В последнем случае действуют так называемые силы Казимира и Казимира-Лифшица.

Проявления в природе

Геккон поднимается по стеклу.

• Сцепление частиц малых астероидов кольца́ Сатурна;
• Способность гекконов взбираться по гладким поверхностям, например, по стеклу.
• В системе редактирования геномов TALEN второй аминокислотный остаток в Repeat Variable Diresidue (RVD) взаимодействует с нуклеотидом,но при этом природа этого взаимодействия различна: аспарагин и аспарагиновая кислота образуют водородные связи c азотистыми основаниями, а изолейцин и глицин связываются с целевым нуклеотидом за счет сил Ван-дер-Ваальса.

См. также

• Межмолекулярное взаимодействие
• Межатомное взаимодействие
• Дисперсионные силы

Литература

• Бараш Ю. С. Силы Ван-дер-Ваальса. — М.: Наука, 1988. — 344 с.
• Каплан И. Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. — М.: Наука, 1982. — 312 с.
• Каплан И.Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчеты и модельные потенциал М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 400 с. ISBN 978-5-94774-939-7
• Межмолекулярные взаимодействия; от двухатомных молекул до биополимеров / Пер. с англ. под ред.: Пюльман Б. — М.: Мир, 1981. — 592 с.
• Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. — М.: Наука, 1985. — 400 с.
• Хобза П., Заградник Р. Межмолекулярные комплексы: Роль вандерваальсовых систем в физической химии и биодисциплинах.. — М.: Мир, 1989страниц=376.
• Israelachvili J. Intermolecular and Surface Forces. — London: Academic Press, 1985-2004. — 450 с., ISBN 0-12-375181-0
• Е. М. Лифшиц, И. Е. Дзялошинский, Л. П. Питаевский. Общая теория ван-дер-ваальсовых сил // УФН. — 1961. — Т. 73, № 3. — С. 381—422.