Силы Ван-дер-Ваальса

Для сотрудников больниц, школ, университетов и библиотек: скачайте до 8 БЕСПЛАТНЫХ медицинских анимаций от Nucleus, подписавшись на бесплатную пробную версию по ссылке:
#ВандерВаальс #молекулы #МолекулярноеПритяжение СТЕНДЕНЦИЯ НАУЧНОЙ АНИМАЦИИ: В этом видео мы обсудим силы Ван-дер-Ваальса. Силы Ван-дер-Ваальса — это силы притяжения между молекулами, расположенными очень близко друг к другу. Эти силы между молекулами намного слабее химических связей между атомами, удерживающими молекулу вместе. Давайте разберёмся, как работают силы Ван-дер-Ваальса. Молекулы электронейтральны, поскольку имеют одинаковое количество положительно заряженных протонов в ядре и отрицательно заряженных электронов вне ядра. Кроме того, некоторые молекулы также полярны. Что это значит? Полярные молекулы имеют постоянные полюса электрического заряда, подобно магниту, поскольку электроны неравномерно распределены по молекуле. Как это происходит? Давайте рассмотрим пример полярной молекулы – воды. Молекула воды, или H₂O, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При образовании молекулы воды оба атома водорода связываются с атомом кислорода, делясь своими электронами с атомом кислорода. Это завершает формирование как внешней электронной оболочки кислорода, которая может удерживать все восемь электронов, так и внешней оболочки водорода, которая может удерживать два. Однако электроны распределяются между атомами неравномерно, поскольку атом кислорода притягивает электроны сильнее, чем водород. В результате вокруг кислорода образуется частичный отрицательный заряд, поскольку вокруг кислородной стороны молекулы находится больше отрицательно заряженных электронов. Для сравнения, меньшее количество электронов вокруг атомов водорода создает частичный положительный заряд на водородной стороне молекулы. Это неравное распределение электронов создает противоположные полюса электрического заряда по обе стороны двух связей, удерживающих атомы вместе. Из-за противоположных полюсов эти связи называются полярными ковалентными связями. А поскольку молекула воды изогнута под углом, то есть с атомами водорода с одной стороны и атомами кислорода с другой, молекула в целом также имеет противоположные полюса и поэтому называется полярной молекулой. Когда полярные молекулы находятся рядом друг с другом, между ними возникает сила притяжения Ван-дер-Ваальса, обусловленная их противоположно заряженными полюсами. В этом примере притяжение отрицательного полюса полярной молекулы к положительному полюсу вокруг атомов водорода в воде представляет собой особенно сильный тип силы Ван-дер-Ваальса, называемый водородной связью. Водородные связи возникают только в полярных молекулах между водородом в одной молекуле и кислородом, азотом и фтором в другой. Если молекула не имеет постоянных полюсов противоположного электрического заряда, она называется неполярной молекулой. Однако неполярные молекулы могут стать полярными на очень короткие промежутки времени, поскольку расположение электронов вокруг атомов постоянно меняется. Это означает, что молекула может иметь временный отрицательный полюс на стороне, где электронов на данный момент больше, и временный положительный полюс на противоположной стороне, где электронов меньше. Мгновенная концентрация электронов на отрицательном полюсе этой молекулы может отталкивать электроны соседней молекулы к её противоположному концу, делая соседнюю молекулу также полярной. Противоположно заряженные полюса соседних молекул притягиваются друг к другу, образуя слабые связи, называемые силами Ван-дер-Ваальса. Силы Ван-дер-Ваальса объясняют два важных свойства: когезию – притяжение между одноименными молекулами внутри вещества, и адгезию – притяжение между разноимёнными молекулами в разных веществах. Примером когезии является притяжение противоположных полюсов молекул воды друг к другу, но не к окружающему воздуху. Это создаёт внутреннюю силу, позволяющую воде собираться в капли и образовывать их. Адгезия – сила притяжения между разноимёнными молекулами – объясняет, как гекконы способны лазать по гладким, плоским поверхностям. Хотя каждая молекулярная связь очень слаба, гекконы могут образовывать миллионы таких связей между молекулами внутри микроскопических волосков на каждой лапке и молекулами на поверхности, по которой они ползают. Эти связи в сумме обеспечивают силу сцепления, достаточную для того, чтобы выдерживать вес геккона. Подводя итог, можно сказать, что силы Ван-дер-Ваальса — это силы притяжения между молекулами. Они отличаются от химических связей между атомами внутри молекулы. Они могут возникать в постоянно полярных молекулах, таких как вода, и в неполярных молекулах, когда они кратковременно становятся полярными из-за изменения положения электронов. Водородная связь — это сильная сила Ван-дер-Ваальса между полярной молекулой, содержащей атомы водорода, и отрицательным полюсом другой полярной молекулы. Силы Ван-дер-Ваальса обеспечивают когезию (притяжение...