Lực Van der Waals

Lực Van der Waals (væn dɜr wɑlz / ven-đê-oan) là một loại tương tác giữa các phần tử có tiếp xúc với nhau, được đặt tên của nhà vật lý người Hà Lan Johannes Diderik van der Waals, mô tả một loại tương tác phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phần tử, công bố đầu tiên vào năm 1873.

Các phần tử tham gia vào lực này thường là phân tử. Không giống như liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị, lực này 'hút' các phần tử ở gần nhau 'dính' lại với nhau, nhưng lực yếu nên dễ bị thay đổi. Lực van der Waals nhanh chóng biến mất khi các phần tử xa nhau. Trong vật lý phân tử, khi các điện tử ở một nguyên tử cấu tạo nên phân tử đó tình cờ đến cùng một khu vực trong một thời điểm, thì một lưỡng cực được hình thành trong thời điểm đó. Do đó, ngay cả khi một phân tử thuộc loại không phân cực, thì sự dịch chuyển này làm cho phân tử đó trở nên phân cực 'chớp nhoáng', từ đó chúng có thể 'dính' với nhau. Thực chất, lực Van der Waals là lực tĩnh điện, thường xuất hiện giữa các phân tử chất khí, khí hóa lỏng hoặc hóa rắn, và trong hầu hết các chất lỏng và chất rắn hữu cơ.

Thuật ngữ này dịch từ tiếng Anh van der Waals force, cũng đã được dịch là tương tác van der Waals, liên kết van der Waals.

Lực Van der Waals dễ quan sát thấy với các khí hiếm. Lực Van der Waals tham gia vào một số hiện tượng như mở rộng vạch phổ dưới áp suất (Mở rộng vạch phổ van der Waals), thay đổi phương trình trạng thái khí lý tưởng thành phương trình Van der Waals. Lực van der Waals giúp chân của một số loài bò sát (tắc kè, thạch sùng) có thể bám chắc trên các bề mặt trơn nhẵn, dựng đứng [1]. Ứng dụng lực này trên các băng dính [2] có thể làm tăng khả năng kết dính của băng [3] Lưu trữ 2006-02-17 tại Wayback Machine.

Lực Van der Waals

Các phân tử phân cực hút lẫn nhau bằng các lực ngược dấu của lưỡng cực phân tử. Nhờ vậy mà phân tử này định hướng lại với phân tử kia theo một trật tự xác định.

Khi phân tử không phân cực tiếp cận với những phân tử phân cực, chúng bị ảnh hưởng bởi lực điện từ do lưỡng cực gây ra, khiến chúng có hiện tượng cảm ứng điện và lưỡng cực cảm ứng. Sau đó, các phân tử này hút lẫn nhau bằng các lực trái dấu. Hiện tượng cảm ứng này càng mạnh khi phân tử phân cực có momen lưỡng cực lớn hơn.

Là lực hút phát sinh từ sự tồn tại tạm thời của lưỡng cực trong phân tử. Điện tử trong phân tử luôn ở trạng thái chuyển động liên tục và các hạt nhân nguyên tử dao động quanh vị trí cân bằng. Do đó, sự phân bố của điện tích âm và dương thường bị lệch, dẫn đến sự xuất hiện của lưỡng cực tạm thời trong phân tử. Lưỡng cực tạm thời luôn tồn tại, biến dạng và có tác động cảm ứng đối với các phân tử xung quanh. Do đó, các phân tử không phân cực cũng có thể hút lẫn nhau nhờ vào hiện tượng này. Lực này được gọi là lực London. Thế hút được biểu diễn từ thực nghiệm như sau: U_hút =-C/r.

Khi các phân tử tiến đến gần nhau, các mây điện tử bắt đầu chồng lấn lên nhau, dẫn đến sự xuất hiện của lực đẩy giữa các phân tử. Lực đẩy này tăng khi khoảng cách giữa các phân tử giảm.

Kết quả thí nghiệm cho thấy các thế đẩy và hút được tính theo công thức: U_đẩy=A/r.

Năng lượng tương tác tổng thể: U= U_hút+U_đẩy=A/r-C/r, có thể viết lại như sau:

U=4ϵ[(σ/r)-(σ/r)], đây là công thức được gọi là công thức Lennard-Jones.

trong đó: A=4ϵσ,C=4ϵσ, các hằng số ϵ và σ đặc trưng cho lực hút và bán kính đẩy.

• Phương trình Van der Waals
• Lực điện tĩnh

Chú thích