แรงแวนเดอร์วาล์ส

แรงแวนเดอร์วาลส์ คือ แรงดึงดูดแบบอ่อนๆที่ช่วยยึดโมเลกุลเข้าด้วยกัน เช่น ก๊าซไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และในก๊าซเฉื่อย เช่น ฮีเลียม (He), นีออน (Ne), อาร์กอน (Ar) และ คริบตอน (Kr) เป็นต้น

แรงแวนเดอร์วาลส์มี 3 ชนิด คือ 1. แรง dipole-dipole 2. แรง dipole-induced dipole 3. แรง London (dispersion)1. แรง dipole-dipoleเป็นแรงที่เกิดจากการกระทำระหว่างโมเลกุลแบบมีขั้วซึ่งมี ไดโพลแบบถาวร โดยทั่วไปแล้ว แรงไดโพลขึ้นอยู่กับ การจัดเรียงตัวสัมพัทธ์ของโมเลกุลและตำแหน่งที่อยู่ ดังรูป ลักษณะการจัดตัวของไดโพลคู่ซึ่งให้ผลออกมา เป็นแรงดึงดูด ลักษณะการจัดตัวของไดโพลคู่ซึ่งให้ผลออกมา เป็นแรงผลักแรงไดโพลมีบทบาทสำคัญในการจัดเรียงตัวที่เป็นระเบียบของโมเลกุลในผลึก สำหรับโมเลกุลในสถานะแก๊สและของเหลว โมเลกุลมีการจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ เพราะมีการเคลื่อนไหวมากจึงเป็นผลให้แรงไดโพลมีทั้งแบบผลักและดึงดูด ซึ่งทำให้แรงลัพธ์ออกมา เป็นแรงดึงดูดอย่างอ่อนๆ 2. แรง dipole-induced dipole คือ แรงที่เกิดจากโมเลกุลที่มีขั้วเหนี่ยวนำให้โมเลกุล หรืออะตอมตัวอื่นมีขั้วด้วย จากนั้นอะตอมหรือโมเลกุลดังกล่าวก็มีแรงกระทำต่อกันเกิดขึ้น ซึ่งแรงนี้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความสามารถในการเกิดมีขั้ว (polarizability) ของโมเลกุลที่ถูกเหนี่ยวนำ โดยทั่วไปอะตอมหรือโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ จะมีความสามารถในการเกิดมีขั้วสูงกว่า อะตอมหรือโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก การเกิดแรง dipole-induced dipoleเช่น HCl กับ Ar แสดงได้ดังรูป

3. แรง London(dispersion)คือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ไม่มีขั้วด้วยกัน เช่น O2, Ne2เป็นต้น เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่แบบไร้ทิศทางทำให้บางครั้ง อิเล็กตรอนมากระจุกกันอยู่บริเวณเดียวกันทำให้เกิดประจุลบบางส่วน(ประจุลบชั่วคราวที่มีค่าประจุน้อยมาก)เกิดขึ้น และทำให้บริเวณที่ไม่มีอิเล็กตรอนอยู่เกิดประจุบวกบางส่วน(ประจุบวกชั่วคราวที่มีค่าประจุน้อยมาก)ซึ่งแสดงได้ดังรูป

หลังจากอะตอมจะกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วชั่วคราว อะตอมที่มีขั้วก็จะเหนี่ยวนำให้อะตอมใกล้เคียงกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วตามไปด้วย ซึ่งแสดงได้ดังรูป

จากรูปแสดงการเกิดแรงลอนดอนของ Ne โดยจุดสีแดงคือ electron จะเห็นว่าบางครั้งอิเล็กตรอนอยู่ ณ.บริเวณใดบริเวณหนึ่งของอะตอมมากกว่าบริเวณหนึ่งกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วบางส่วน จากนั้นก็จะเหนี่ยวนำให้อะตอม Ne ใกล้เคียงกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วบางส่วนตามไปด้วย จึงเกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกันแต่ว่าเป็นแรงดึงดูดแบบอ่อน

โดยทั่วไปแล้วที่ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำแรงแวนเดอร์วาลส์สามารถทำให้โมเลกุลของก๊าซที่ไม่มีขั้วกลายเป็นโมเลกุล
ในสถานะของเหลวได้

แรงชนิดนี้จะมีความแข็งแรงมากขึ้นถ้าโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้นทำไม?นั่นเป็นเพราะว่าโมเลกุลขนาดใหญ่กว่าจะมีอิเล็กตรอนมากกว่า ซึ่งบางครั้งอิเล็กตรอนเหล่านั้นมารวมกันอยู่ ณ บริเวณหนึ่งๆในอะตอมมากกว่าบริเวณหนึ่งทำให้เกิดประจุบางส่วนขึ้น แต่เนื่องจากมีจำนวนอิเล็กตรอนมากดังนั้นประจุที่เกิดจึงมีค่ามากกว่าจึงเหนี่ยวนำให้เกิดประจุที่แข็งแรงกว่า

ข้อควรรู้ไม่ว่าจะเป็นพันธะไอออนิกหรือพันธะเคมีอื่นๆ เช่นการเกิด NaCl หรือ พันธะโคเวเลนต์ เช่น การเกิดเป็นโมเลกุลของฟลูออรีน สามารถเกิดแรงแวนเดอร์วาลส์ก่อนที่จะเกิดพันธะดังกล่าวได้แต่แรงดังกล่าวมีค่าน้อยมาก เมื่อเทียบกับแรงที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากพันธะเคมีอื่นๆที่เกิดขึ้น

ที่มา : คลิกที่นี่