范德华力

范德华力以荷兰科学家Johannes Diderik van der Waals命名，他于1873年首次提出其存在。这些力是一种分子间力，将分子结合在一起。它们比共价键和离子键弱，但对理解分子的行为，尤其是非极性化合物至关重要。

理解这些力在化学中很重要，因为它们在日常现象中也起着关键作用。范德华力涉及原子、分子和表面之间的吸引和排斥。它们是由邻近粒子间的极化波动相关引起的。

范德华力的类型

范德华力主要有三种类型：偶极-偶极相互作用、伦敦色散力（也称为诱导偶极-诱导偶极相互作用）和偶极-诱导偶极相互作用。每种在不同条件下具有不同的特性和发生情况。

偶极-偶极相互作用

偶极-偶极相互作用发生在具有永久偶极的分子之间。具有永久偶极的分子一侧略带正电荷，另一侧略带负电荷。水（H 2 O）是具有永久偶极的经典分子。在这些相互作用中，一个分子的正极吸引另一个分子的负极。

示例：考虑两个水分子：一个分子的氧原子将吸引相邻分子的氢原子。

伦敦色散力

伦敦色散力是最弱的范德华力。它们是当两个相邻原子的电子占据导致原子成为临时偶极的位置时产生的临时吸引力。这些力存在于所有分子中，不论它们是极性还是非极性的。

示例：在非极性分子如氩气（Ar）中，可能形成临时偶极。

由于电子不断移动，在任何给定时间，原子一端的电子密度可能增加，导致形成临时偶极。这将会在邻近原子中诱导出类似的偶极，导致两者之间的吸引。

偶极-诱导偶极相互作用

当具有永久偶极的分子接近不极性分子时，会发生偶极-诱导偶极相互作用。偶极的电场会导致不极性分子的电子云发生畸变，使其具有偶极矩。

示例：考虑一种氯气分子（Cl 2）靠近水分子（H 2 O）的情形。

在这种相互作用中，水（极性分子）产生的电场在氯分子（非极性）中诱导出一个偶极，导致它们之间的相互作用。

范德华力在自然界中的作用

范德华力在我们日常生活中无处不在。它们虽然较弱，但非常重要，负责许多现象。

壁虎的脚

经典且常被引用的范德华力的一个例子是壁虎在墙壁和天花板上行走的能力。壁虎脚上的小毛允许它们使用范德华力粘附在表面。

壁虎脚趾上的毛和表面之间的原子之间的力足以支撑其体重。这种附着是由于壁虎脚趾数百万个毛发接触点之间非常弱的范德华力的累积效应。

气体的凝结

范德华力的另一个例子是气体冷凝为液体。当温度降低时气体分子彼此靠近，弱的范德华力变得足够强，使分子彼此靠近，导致冷凝成液体。

范德华力的强度

范德华力的强度取决于几个因素：

• 分子的大小：较大的分子具有更多电子且更易极化，因此它们具有较强的范德华力。
• 表面积：具有较大表面积的分子可以形成较强的范德华力，因为接触点增加。
• 距离：这些力对距离高度敏感，随着分子分离，力迅速减弱。

结论

虽然范德华力比离子键和共价键弱，但它们的存在对于理解化学和生物学中的各种过程是必不可少的。它们在分子的物理性质中起关键作用，影响沸点和熔点、溶解度以及机械性能。由于其较弱的性质，直接观察这些力是困难的，但它们的集体强度通常可以显著影响分子及更大层面的相互作用。这种理解凸显了支配自然界赋予复杂性和微妙之处的相互作用。

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