Força de Van der Waals

As forças de Van der Waals são nomeadas em homenagem ao cientista holandês Johannes Diderik van der Waals, que primeiro propôs sua existência em 1873. Essas forças são um tipo de força intermolecular que mantém as moléculas unidas. Elas são mais fracas do que ligações covalentes e iônicas, mas são essenciais para entender o comportamento das moléculas, especialmente compostos apolares.

Compreender essas forças é importante na química porque elas também desempenham um papel fundamental em fenômenos do dia a dia. As forças de Van der Waals envolvem as atrações e repulsões entre átomos, moléculas e superfícies. Elas são causadas por correlações nas polarizações flutuantes de partículas próximas.

Tipos de forças de Van der Waals

Existem principalmente três tipos de forças de Van der Waals: interações dipolo-dipolo, forças de dispersão de London (também chamadas de interações dipolo induzido-dipolo induzido) e interações dipolo-dipolo induzido. Cada uma tem características diferentes e ocorre em condições diferentes.

Interação dipolo-dipolo

As interações dipolo-dipolo ocorrem entre moléculas que têm dipolos permanentes. Uma molécula com um dipolo permanente tem um lado que é ligeiramente positivo e outro lado que é ligeiramente negativo. A água (H 2 O) é um exemplo clássico de uma molécula com um dipolo permanente. Nessas interações, o pólo positivo de uma molécula atrai o pólo negativo de outra molécula.

Exemplo: Considere duas moléculas de água: os átomos de oxigênio de uma molécula atrairão os átomos de hidrogênio da molécula adjacente.

Força de dispersão de London

As forças de dispersão de London são o tipo mais fraco de força de Van der Waals. Elas são forças atrativas temporárias que surgem quando elétrons em dois átomos adjacentes ocupam posições que fazem com que os átomos se tornem dipolos temporários. Essas forças existem em todas as moléculas, sejam elas polares ou apolares.

Exemplo: Em uma molécula apolar como o gás argônio (Ar), dipolos temporários podem se formar.

Como os elétrons estão se movendo constantemente, em dado momento a densidade de elétrons em uma extremidade de um átomo pode aumentar, resultando em um dipolo temporário. Isso induz um dipolo semelhante no átomo vizinho, causando uma atração entre os dois.

Interações dipolo-induzido-dipolo

As interações dipolo-induzido-dipolo ocorrem quando uma molécula com um dipolo permanente se aproxima de uma molécula apolar. O campo elétrico do dipolo pode causar uma distorção na nuvem eletrônica da molécula apolar, fazendo com que ela tenha um momento dipolar.

Exemplo: Considere uma situação onde uma molécula de cloro (Cl 2) se aproxima de uma molécula de água (H 2 O).

Nessa interação, o campo elétrico gerado pela água (molécula polar) induz um dipolo na molécula de cloro (apolar), levando à interação entre eles.

O papel das forças de Van der Waals na natureza

As forças de Van der Waals estão em toda parte em nossa vida cotidiana. Podem ser fracas, mas são importantes e são responsáveis por muitos fenômenos.

Pés de lagartixa

Um exemplo clássico e frequentemente citado de como as forças de Van der Waals funcionam é a habilidade das lagartixas de caminhar em paredes e tetos. Pequenos pelos nos pés das lagartixas permitem que elas usem as forças de Van der Waals para aderir a superfícies.

As forças entre os átomos nos pelos dos pés das lagartixas e a superfície são suficientes para suportar o peso do corpo. Essa aderência é devida ao efeito cumulativo de forças de Van der Waals muito fracas em milhões de contatos de pelos.

Condensação de gases

Outro exemplo das forças de Van der Waals é a condensação de gases em líquidos. Quando as moléculas de gás se aproximam à medida que a temperatura é reduzida, as fracas forças de Van der Waals tornam-se fortes o suficiente para manter as moléculas próximas umas às outras, resultando em condensação em um líquido.

Força das forças de Van der Waals

A força das forças de Van der Waals depende de vários fatores:

• Tamanho das moléculas: Moléculas maiores têm mais elétrons e são mais polarizáveis, por isso têm interações de Van der Waals mais fortes.
• Área de superfície: Moléculas com maior área de superfície podem formar forças de Van der Waals mais fortes devido ao aumento dos pontos de contato.
• Distância: Essas forças são altamente dependentes da distância, diminuindo rapidamente à medida que as moléculas se afastam.

Conclusão

Embora as forças de Van der Waals sejam mais fracas do que as ligações iônicas e covalentes, sua presença é indispensável para o entendimento de uma variedade de processos na química e biologia. Elas desempenham um papel fundamental nas propriedades físicas das moléculas, afetando pontos de ebulição e fusão, solubilidade e propriedades mecânicas. Embora sejam difíceis de observar diretamente devido à sua natureza fraca, sua força coletiva pode muitas vezes ser significativa, tornando-as essenciais para interações em níveis moleculares e maiores. Esse entendimento destaca a complexidade e a intricácia das interações que regem o mundo natural.

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