แรงแวนเดอร์วาลส์

ในฟิสิกส์โมเลกุล แรงแวนเดอร์วาลส์ (อังกฤษ: Van der Waals force, [fɑn dər ˈʋaːls]) เป็นอันตรกิริยาที่ขึ้นกับระยะทางระหว่างอะตอมหรือโมเลกุล แรงนี้แตกต่างจากพันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์เนื่องจากไม่ได้เป็นผลจากพันธะเคมีเชิงอิเล็กตรอน แรงแวนเดอร์วาลส์เป็นแรงอย่างอ่อนและไวต่อการรบกวน และจะหายไปอย่างรวดเร็วเมื่อโมเลกุลทั้งสองมีระยะห่างกัน

น้ำฝนไหลลงจากกันสาด แรงที่มีส่วนในการก่อตัวของหยดน้ำได้แก่ แรงแวนเดอร์วาลส์ แรงตึงผิว และ

แรงแวนเดอร์วาลส์มีบทบาทสำคัญในหลายสาขาวิชา เช่น นาโนเทคโนโลยี และ แรงนี้ยังเป็นพื้นฐานของหลายคุณสมบัติในสารประกอบอินทรีย์และ รวมถึงการละลายในตัวกลาง

เมื่อไม่มีแรงอื่นปรากฏ ระยะระหว่างอะตอมจะก่อให้เกิดแรงผลักมากกว่าแรงดึงดูด สิ่งนี้เรียกว่าระยะติดต่อฟานเดอร์วาลส์ (Van der Waals contact distance) ปรากฏการณ์นี้เกิดจากแรงผลักซึ่งกันและกันของหมอกอิเล็กตรอนของอะตอม แรงแวนเดอร์วาลส์มีต้นกำเนิดเดียวกับ อันเป็นแรงที่เกิดจากใน

แรงแวนเดอร์วาลส์ตั้งชื่อตาม นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ มักถูกอธิบายว่าเป็นกลุ่มร่วมของ (ระหว่างขั้วเหนี่ยวนำชั่วคราว) แรงเดอบาย (ระหว่างมีขั้วถาวรกับขั้วเหนี่ยวนำ) และแรงเคโซม (ระหว่างขั้วถาวร)

คำจำกัดความ

แรงแวนเดอร์วาลส์รวมถึงแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างอะตอมและโมเลกุล แรงนี้แตกต่างจากพันธะโคเวเลนต์และพันธะไอออนิกเพราะเกิดจากความสัมพันธ์ทางสภาพมีขั้วที่ผันผวนของอนุภาคใกล้เคียง แรงแวนเดอร์วาลส์เป็นแรงอ่อนที่สุดในบรรดาแรงเคมีอย่างอ่อน มีความแข็งแรงประมาณ 0.4 ถึง 4 kJ/mol แรงนี้เป็นผลจากการเปลี่ยนผ่านชั่วคราวของความหนาแน่นอิเล็กตรอน กล่าวคือเมื่อเกิดความเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนไปมาระหว่างด้านใดด้านหนึ่งของนิวเคลียส จะก่อให้เกิดประจุย่อยที่สามารถดึงดูดและผลักอะตอมใกล้เคียง แรงแวนเดอร์วาลส์ตรวจพบได้ยากเมื่อระยะระหว่างอะตอมมากกว่า 0.6 นาโนเมตร ขณะที่หากระยะระหว่างอะตอมน้อยกว่า 0.4 นาโนเมตร แรงนี้จะกลายเป็นแรงผลัก

แรงแวนเดอร์วาลส์มีลักษณะเด่นคือ เป็นแรงที่อ่อนกว่าพันธะโคเวเลนต์และพันธะไอออนิก เป็นแรงที่ไม่เกี่ยวข้องกับทิศทาง เป็นแรงในระยะใกล้จึงกระทำต่ออนุภาคใกล้เคียงเท่านั้น และไม่ได้ขึ้นกับอุณหภูมิ ยกเว้นแรงดึงดูดระหว่างขั้ว (dipole–dipole interactions) หรือแรงเคโซม

แรงลอนดอน แรงเดอบาย และแรงเคโซม

(London dispersion force) เป็นแรงที่เกิดจากอะตอมหรือโมเลกุลมีขั้วชั่วคราว สภาพมีขั้วนี้สามารถเหนี่ยวนำจากโมเลกุลมีขั้วหรือการผลักของหมอกอิเล็กตรอนประจุลบในโมเลกุลไม่มีขั้ว ฉะนั้นแรงลอนดอนจึงถือว่าเกิดจากการผันผวนของความหนาแน่นอิเล็กตรอนในหมอกอิเล็กตรอน อะตอมที่มีจำนวนอิเล็กตรอนมากจะมีแรงลอนดอนมากกว่าอะตอมที่มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อย แรงลอนดอนตั้งชื่อตามฟริทซ์ ล็อนด็อน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน

แรงเดอบาย (Debye force) เป็นแรงที่เกิดจากอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลมีขั้วถาวรกับโมเลกุลมีขั้วเหนี่ยวนำ โมเลกุลมีขั้วเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลหนึ่งที่มีขั้วถาวรผลักอิเล็กตรอนของอีกโมเลกุล เหนี่ยวนำให้เกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกันระหว่างโมเลกุล แรงเดอบายไม่สามารถเกิดได้ระหว่างอะตอมและไม่ขึ้นกับอุณหภูมิเหมือนแรงเคโซม แรงเดอบายตั้งชื่อตาม นักฟิสิกส์ชาวดัตช์

แรงเคโซม (Keesom force) เป็นอันตรกิริยาที่เกิดระหว่างโมเลกุลมีขั้วถาวรสองโมเลกุล โมเลกุลมีขั้วถาวรนี้มีการจัดเรียงที่ทำให้ประจุย่อยต่างขั้วของทั้งสองโมเลกุลอยู่ใกล้กันจึงก่อให้เกิดแรงดึงดูด แรงเคโซมเป็นแรงที่ขึ้นกับอุณหภูมิและไม่เกิดในสารละลายในน้ำที่มีอิเล็กโทรไลต์ แรงนี้ตั้งชื่อตาม นักฟิสิกส์ชาวดัตช์

อ้างอิง

1. Garrett, Reginald H.; Grisham, Charles M. (2016). Biochemistry (6th ed.). University of Virginia. pp. 12–13.
2. Klimchitskaya, G. L.; Mostepanenko, V. M. (July 2015). "Casimir and Van der Waals Forces: Advances and Problems". Proceedings of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (517): 41–65. :1507.02393. doi:10.5862/PROC.516.4. S2CID 119270219.
3. "Van der Waals forces". Britannica. สืบค้นเมื่อ April 8, 2021.
4. Mahan, Gerald D. (2009). Quantum mechanics in a nutshell. Princeton: Princeton University Press. ISBN . OCLC 226037727.
5. "Van der Waals forces". Chemistry LibreTexts. August 15, 2020. สืบค้นเมื่อ April 8, 2021.
6. Helmenstine, Anne Marie (November 30, 2019). "Van Der Waals forces". ThoughtCo. สืบค้นเมื่อ April 8, 2021.
7. Sethi, M. S.; Satake, M. (1992). Chemical bonding. New Delhi: Discovery Publishing House. ISBN . OCLC 912437861.
8. . Chemistry LibreTexts. August 15, 2020. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2021-04-21. สืบค้นเมื่อ April 8, 2021.
9. Leite, F. L.; Bueno, C. C.; Da Róz, A. L.; Ziemath, E. C.; Oliveira, O. N. (2012). "Theoretical Models for Surface Forces and Adhesion and Their Measurement Using Atomic Force Microscopy". International Journal of Molecular Sciences. 13 (12): 12773–856. doi:10.3390/ijms131012773. PMC 3497299. PMID 23202925.
10. "A Simple Explanation of Intermolecular Forces With Examples". Science Struck. สืบค้นเมื่อ April 8, 2021.