Interested Article - Силы Ван-дер-Ваальса

Силы Ван-дер-Ваальса (Вандерваа́льсовы си́лы ) — силы межмолекулярного (и межатомного ) взаимодействия с энергией 10—20 к Дж / моль . В современной науке они обычно применяется 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 .

Классификация вандерваальсовых сил

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 предположения построены многие двумерные модели, «описывающие» свойства, в частности графита и нитрида бора .

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

Проявления в природе

Сцепление частиц малых астероидов кольца́ Сатурна ;
Способность гекконов взбираться по гладким поверхностям, например, по стеклу .
В системе редактирования генома второй аминокислотный остаток в 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 .

Методы сравнительной оценки

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 ). Основные методики этого подхода описаны в .

Применение

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 . 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 .

См. также

Примечания

Такое написание даёт « Русский орфографический словарь: около 200 000 слов / Российская академия наук. Институт русскоrо языка им. В. В. Виноградова / Под ред. В. В. Лопатина, О. Е. Ивановой. — Изд. 4-е, испр. и доп. — М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2013. — 896 с. — (Фундаментальные словари русскою языка). — с. 68. — ISBN 978-5-462-01272-3 ».
Бараш Ю. С. Силы Ван-дер-Ваальса. — М. : Наука, 1988. — 344 с.
Israelachvili J. Intermolecular and Surface Forces. — London: Academic Press, 1985—2004. — 450 с. , ISBN 0-12-375181-0 .
Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. — М. : Наука, 1985. — 400 с.
Ordin S. V., [Sharupin B. N. and Fedorov M. I.], Semiconductors J. Normal lattice vibrations and the crystal structure of anisotropic modifications of boron nitride // FTP, 32(9), 924—932, 1998.
(рус.) . Журнал «Популярная механика» (24 февраля 2010). — Небольшие, быстро вращающиеся астероиды неспособны сохранять целость за счёт гравитации: слишком они для этого малы, и центробежные силы легко разорвут их. Что же удерживает их целыми? Дата обращения: 25 февраля 2010. 27 марта 2010 года.
Autumn K., Sitti M., Liang Y. A. et al. от 28 декабря 2012 на Wayback Machine // PNAS . — v. 99. — no. 19, 2002 , pp. 12252—12256.
Немудрый А. А., Валетдинова К. Р., Медведев С. П., Закиян С. М. Системы редактирования геномов TALEN и CRISPR/Cas – инструменты открытий // Acta Naturae. — 2014. — № 03 (22) . — ISSN .
А.П. Новиков. (рус.) // глава в учебном пособии : коллективная монография. — 2022. — 15 сентября ( № ISBN 978-5-9933-0408-3 ). — С. 89—108 . 26 февраля 2023 года.
Афанасьев А.В., Белова Е.В., Герман К.Э., Новиков А.П. . — М. : , 2022. — С. 89—109. — 110 с. — ISBN 978-5-9933-0408-3 . 17 февраля 2023 года.
Kenneth S. Burch, David Mandrus, Je-Geun Park. (англ.) // Nature. — 2018-11. — Vol. 563 , iss. 7729 . — P. 47–52 . — ISSN . — doi : . 4 марта 2023 года.
Florian Dirnberger, Rezlind Bushati, Biswajit Datta, Ajesh Kumar, Allan H. MacDonald, Edoardo Baldini, Vinod M. Menon. (англ.) // Nature Nanotechnology. — 2022-10. — Vol. 17 , iss. 10 . — P. 1060–1064 . — ISSN . — doi : . 4 марта 2023 года.

Литература

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. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1961 . — Т. 73 , № 3 . — С. 381—422 .