Définition des Forces de Van der Waals

Définition des Forces de Van der Waals

Les forces de Van der Waals sont les forces faibles qui contribuent à la liaison intermoléculaire entre les molécules. Les molécules possèdent intrinsèquement de l'énergie et leurs électrons sont toujours en mouvement, de sorte que des concentrations transitoires d'électrons dans une région ou une autre conduisent les régions électriquement positives d'une molécule à être attirées par les électrons d'une autre molécule. De même, les régions chargées négativement d'une molécule sont repoussées par les régions chargées négativement d'une autre molécule.

Les forces de Van der Waals sont la somme des forces électriques attractives et répulsives entre atomes et molécules. Ces forces diffèrent des liaisons chimiques covalentes et ioniques car elles résultent de fluctuations de la densité de charge des particules. Les exemples de forces de van der Waals comprennent les liaisons hydrogène, les forces de dispersion et les interactions dipôle-dipôle.

À retenir: les forces Van der Waals

  • Les forces de Van der Waals sont des forces dépendant de la distance entre atomes et molécules non associées à des liaisons chimiques covalentes ou ioniques.
  • Parfois, le terme est utilisé pour englober toutes les forces intermoléculaires, bien que certains scientifiques n'incluent que la force de dispersion de Londres, la force de Debye et la force de Keeson.
  • Les forces de Van der Waals sont les plus faibles des forces chimiques, mais elles jouent toujours un rôle important dans les propriétés des molécules et dans les sciences de surface.

Propriétés des forces de Van der Waals

Certaines caractéristiques sont affichées par les forces de van der Waals:

  • Les forces sont additives.
  • Les forces sont plus faibles que les liaisons chimiques ioniques ou covalentes.
  • Ils ne sont pas directionnels.
  • Les forces n'agissent que sur une très courte distance. L'interaction est plus grande lorsque les molécules se rapprochent.
  • Les forces de Van der Waals sont indépendantes de la température, à l'exception des interactions dipôle-dipôle.

Composants des forces de Van der Waals

Les forces de Van der Waals sont les forces intermoléculaires les plus faibles. Leur force varie généralement entre 0,4 et 4 kJ / mol et agit sur des distances inférieures à 0,6 nm. Lorsque la distance est inférieure à 0,4 nm, l'effet net des forces est répulsif car les nuages ​​d'électrons se repoussent.

Les forces de van der Waals ont quatre contributions majeures:

  1. Il existe un composant négatif qui empêche les molécules de s’effondrer. Cela est dû au principe d'exclusion de Pauli.
  2. Une interaction électrostatique attractive ou répulsive se produit entre charges permanentes, dipôles, quadripôles et multipôles. Cette interaction s'appelle interaction Keesom ou force Keesom, du nom de Willem Hendrik Keesom.
  3. L'induction ou la polarisation se produit. Il s’agit d’une force attractive entre une polarité permanente sur une molécule et une polarité induite sur une autre. Cette interaction s'appelle la force de Debye pour Peter J.W. Debye.
  4. La force de dispersion de London est l'attraction entre n'importe quelle paire de molécules due à la polarisation instantanée. La force porte le nom de Fritz London. Notez que même les molécules non polaires connaissent la dispersion de London.

Forces de Van der Waals, geckos et arthropodes

Les geckos, les insectes et certaines araignées ont sur leurs pieds des soies qui leur permettent de grimper sur des surfaces extrêmement lisses, telles que le verre. En fait, un gecko peut même pendre d'un seul orteil! Les scientifiques ont proposé de nombreuses explications au phénomène, mais il s'avère que la force première de l'adhésion est la force électrostatique plus que les forces de van der Waals ou l'action capillaire.

Les chercheurs ont produit de la colle sèche et du ruban adhésif sur la base d’une analyse du gecko et des pattes d’araignée. La viscosité résulte à la fois de minuscules cheveux ressemblant à du velcro et de l'addition de lipides, que l'on trouve sur les pieds de gecko.

Les pieds de gecko sont collants à cause des forces de van der Waals, des forces électrostatiques et des lipides présents sur la peau. StephanHoerold / Getty Images

Spiderman dans la vie réelle

En 2014, la DARPA a testé son Geckskin, un matériau basé sur les soies des patins gecko. Un chercheur de 100 kg, portant 20 kg d'équipement supplémentaire, a escaladé un mur de verre de 8 m (26 pi) à l'aide de deux pagaies. Le but est de donner aux militaires des capacités semblables à celles de Spiderman.

Les scientifiques ont trouvé un moyen d'utiliser les forces de van der Waals pour aider les gens à s'accrocher aux surfaces lisses telles que le verre et les murs. OrangeDukeProductions / Getty Images

Sources

  • L'automne, Kellar; Sitti, Metin; Liang, Yiching A .; Peattie, Anne M.; Hansen, Wendy R .; Sponberg, Simon; Kenny, Thomas W .; Craignant, Ronald; Israelachvili, Jacob N .; Full, Robert J. (2002). "Preuve de l'adhésion de van der Waals dans le gecko setae". Actes de l'Académie nationale des sciences. 99 (19): 12252-6. doi: 10.1073 / pnas.192252799
  • Dzyaloshinskii, I. D .; Lifshitz, E. M .; Pitaevskii, L. P. (1961). "Théorie générale des forces de van der Waals". Physique soviétique Uspekhi. 4 (2): 153. doi: 10.1070 / PU1961v004n02ABEH003330
  • Israelachvili, J. (1985-2004). Forces intermoléculaires et de surface. Presse académique. ISBN 978-0-12-375181-2.
  • Parsegian, V. A. (2006). Forces van der Waals: Manuel à l'usage des biologistes, des chimistes, des ingénieurs et des physiciens. La presse de l'Universite de Cambridge. ISBN 978-0-521-83906-8.
  • Wolff, J. O .; Gorb, S. N. (18 mai 2011). "L'influence de l'humidité sur la capacité de fixation de l'araignée Philodromus dispar (Araneae, Philodromidae) ". Actes de la Royal Society B: Sciences biologiques. 279 (1726): 139-143. doi: 10.1098 / rspb.2011.0505