Силы Ван-дер-Ваальса

Силы Ван-дер-Ваальса (Вандерваа́льсовы си́лы^[1]) — силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с энергией 10—20 кДж/моль. В современной науке они обычно применяются к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Открыты Й. Д. Ван дер Ваальсом в 1869 году.

Вандерваальсовы силы межатомного взаимодействия инертных газов обуславливают возможность существования агрегатных состояний инертных газов (газ, жидкость и твёрдые тела).

К вандерваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и наведёнными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия, а также водородные связи, определяют формирование пространственной структуры биологических макромолекул.

Вандерваальсовы силы также возникают между частицей (макроскопической частицей или наночастицей) и молекулой и между двумя частицами^[2][3][4].

Вандерваальсово взаимодействие состоит из трёх типов слабых электромагнитных взаимодействий:

• Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение. Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными диполями. Примером может служить HCl в жидком и твёрдом состоянии. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна кубу расстояния между диполями.
• Дисперсионное притяжение (лондоновские силы, дисперсионные силы). Обусловлены взаимодействием между мгновенным и наведённым диполем. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.
• Индукционное притяжение (поляризационное притяжение). Взаимодействие между постоянным диполем и наведённым (индуцированным). Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.

До сих пор многие авторы исходят из предположения, что вандерваальсовы силы определяют межслоевое взаимодействие в слоистых кристаллах, что противоречит экспериментальным данным: масштабу анизотропии температуры Дебая и, соответственно, масштабу анизотропии решёточного отражения. Исходя из данного ошибочного^[5] предположения построены многие двумерные модели, «описывающие» свойства, в частности графита и нитрида бора.

В последнем случае действуют так называемые силы Казимира и Казимира — Лифшица.

• Сцепление частиц малых астероидов кольца́ Сатурна^[6];
• Способность гекконов взбираться по гладким поверхностям, например, по стеклу^[7].
• В системе редактирования генома TALEN^[англ.] второй аминокислотный остаток в Repeat Variable Diresidue (RVD) взаимодействует с нуклеотидом, но при этом природа этого взаимодействия различна: аспарагин и аспарагиновая кислота образуют водородные связи c азотистыми основаниями, а изолейцин и глицин связываются с целевым нуклеотидом за счёт сил Ван-дер-Ваальса^[8].

Для количественной оценки вклада сил Ван-дер-Ваальса в общий баланс межмолекулярных взаимодействий между молекулами в кристаллических твердых телах в настоящее время используется метод расчета и анализа поверхностей Хиршфельда (обычно с применением программы CrystalExplorer). Основные методики этого подхода описаны в^[9][10].

Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия, несмотря на невысокую интенсивность, могут служить основой для образования материалов, обладающих интересными свойствами. Например при включении магнитных компонентов, они могут создавать условия для образования Ван-дер-Ваальсова магнетизма и магнитных ван-дер-ваальсовых материалов: двумерных атомных кристаллов, содержащих магнитные элементы и, таким образом, обладающих внутренними магнитными свойствами^[11]. А последние, при сочетании магнитов Ван-дер-Ваальса с материалами, применяемыми в области физики интенсивно свето-генерирующих веществ — открывает путь к дизайну и управлению коррелированными квантовыми материалами с помощью кавитационной квантовой электродинамики^[12].

• Межмолекулярное взаимодействие
• Межатомное взаимодействие
• Адгезия
• Клей

• Бараш Ю. С. Силы Ван-дер-Ваальса. — М.: Наука, 1988. — 344 с.
• Каплан И. Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. — М.: Наука, 1982. — 312 с.
• Каплан И. Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчёты и модельные потенциал. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 400 с. — ISBN 978-5-94774-939-7.
• Межмолекулярные взаимодействия; от двухатомных молекул до биополимеров / Пер. с англ. под ред.: Пюльман Б. — М.: Мир, 1981. — 592 с.
• Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. — М.: Наука, 1985. — 400 с.
• Хобза П., Заградник Р. Межмолекулярные комплексы: Роль вандерваальсовых систем в физической химии и биодисциплинах. — М.: Мир, 1989. — 376 с.
• Israelachvili J. Intermolecular and Surface Forces. — London: Academic Press, 1985—2004. — 450 с. — ISBN 0-12-375181-0.
• Лифшиц Е. М., Дзялошинский И. Е., Питаевский Л. П. Общая теория ван-дер-ваальсовых сил (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1961. — Т. 73, № 3. — С. 381—422.

В другом языковом разделе есть более полная статья van der Waals force (англ.). Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода