Jak byly poprvé změřeny van der Waalsovy síly

5. červen 2016 | 06.00 |

Van der Waalsovy síly dostaly svůj název podle nizozemského fyzika Johannese Diderika van der Waalse. Jedná se o přitažlivé nebo odpudivé interakce mezi molekulami případně atomy, jejichž velikost závisí na vzájemné vzdálenosti. Patří do kategorie chemických vazeb v nepolárních molekulách, které jsou slabší než vazby kovalentní či vodíkové můstky. Ač jsou považovány jako velmi slabé chemické síly, uplatňují se v nejrůznějších praktických situacích souvisejících s přilnavostí (adheze), přitažlivostí částic jedné látky (kohezí), třením či kondenzací. Fyzikům ze švýcarské Swiss Nanoscience Institute a University of Basel se letos  poprvé na světě podařilo změřit van der Waalsovy síly mezi jednotlivými atomy.

Van der Waalsovy interakce se dělí na několik druhů podle toho, které dipóly spolu interagují:
– nejsilnější jsou u polárních molekul (H2O, HCl). Jejich podstatou je elektrostatické přitahování opačně nabitých pólů polárních molekul.
– nejslabší působí obvykle mezi nepolárními molekulami (F2, O2, N2), nebo mezi atomy (Ar, Ne, atd.). Jde o vzájemné interakce dočasných dipólů. 
– pokud se dostane nepolární molekula do blízkosti polární molekuly, dojde díky jejímu elektrickému poli ke změně rozložení elektronů v nepolární molekule a vznikne indukovaný dipól.
– hydrofobní interakce projevující se v nepolárních částech molekul ve vodném prostředí, které mají snahu se navzájem spojovat

Švýcarští vědci při svém úspěšném měření použili atom xenonu na špičce mikroskopu atomárních sil a další takový atom zabudovali v síti z molekul argonu, kryptonu, xenonu a mědi a zjišťovali jejich vzájemnou interakci. Podle teorie van der Waalsovy síly rychle slábnou s rostoucí vzdáleností částic od sebe. Přitom v některých případech vědci naměřili hodnoty sil mnohem větší, než by odpovídaly teorii. Velikost sil hodně závisela na tom, jak se při měření měnily vzdálenosti mezi studovanými atomy. Zřejmě i v atomech vzácných plynů se přesunují elektrické náboje a mohou pak vznikat slabé kovalentní vazby ovlivňující  vyšší naměřené hodnoty, než tvrdí teorie.

Praktickým způsobem používá van der Waalsovy síly gekon při svých lezeckých výkonech na hladké skleněné desce. Jeho prsty na nohou nohy jsou místo přísavek hustě pokryty jemnými keratinovými chloupky – sétami. Jsou dlouhé asi 30 až 130 µm a mají jen asi 10krát menší průměr než lidský vlas. Na čtverečním milimetru je takových sét okolo 5000, na každé tlapce pak asi půl milionu. Každá séta je dále rozdělena až na 1000 útvarů zvaných spatulae a díky nim se gekon "chemicky" naváže na drobné nerovnosti v povrchu.  

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře