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ファンデルワールス力は分子間に静電結合を形成します。ファンデルワールス結合を含む分子間結合は、液体と固体で分子を保持し、液体の表面張力や固体の結晶などの現象を引き起こします。分子間力は、原子を分子内に保持する内部力よりもはるかに弱いですが、多くの材料の動作と特性に影響を与えるほど強力です。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
静電気的なファンドワールス力が分子間に作用して弱い結合を形成します。最強から最弱までのファンデルワールス力のタイプは、双極子間力、双極子誘起双極子力、およびロンドン分散力です。水素結合は、特に強力なタイプの双極子間力に基づいています。これらの力は、材料の物理的特性を決定するのに役立ちます。
ファンデルワールス軍の種類
最強から最弱までの3種類のファンデルワールス力は、双極子間力、双極子誘起双極子力、ロンドン分散力です。双極子は、分子の両端に負および正に帯電した極を持つ極性分子です。 1つの分子のマイナス極が別の分子のプラス極を引き付け、静電双極子間結合を形成します。
帯電した双極子分子が中性分子に近づくと、中性分子に反対の電荷が誘導され、反対の電荷が引き付けられて双極子誘導双極子結合が形成されます。電子がたまたま分子の片側に集まるために2つの中性分子が一時的な双極子になると、中性分子はロンドン分散力と呼ばれる静電気力で引き付けられ、対応する結合を形成できます。
ロンドンの分散力は小さな分子では弱いが、多くの電子が正に帯電した核から比較的遠くにあり、自由に動き回る大きな分子では強度が増加する。その結果、それらは分子の周りに非対称的に集まり、一時的な双極子効果を生み出します。大きな分子の場合、ロンドンの分散力はその挙動の重要な要因になります。
双極子分子が水素原子を含む場合、水素原子が小さく正電荷が集中するため、特に強い双極子間結合を形成できます。結合の強度が増すと、これは水素結合と呼ばれる特別なケースになります。
Van der Waals Forcesが材料に与える影響
室温の気体では、分子は離れすぎており、分子間ファンデルワールス力の影響を受けるにはエネルギーが大きすぎます。これらの力は液体と固体にとって重要になります。これは、分子のエネルギーが小さく、互いに近いためです。ファンデルワールス力は、液体と固体を一緒に保持し、それらに特徴的な特性を与える分子間力の1つです。
液体では、分子間力はまだ弱すぎて分子を保持できません。分子は、分子間結合を繰り返し形成および破壊するのに十分なエネルギーを有しており、互いをすり抜けて容器の形をとります。たとえば、水中では、双極子分子は負に帯電した酸素原子と2つの正に帯電した水素原子で構成されています。水の双極子は、水分子を一緒に保持する強い水素結合を形成します。その結果、水は高い表面張力、高い蒸発熱、および分子の重量に対する比較的高い沸点を持ちます。
固体では、原子のエネルギーが少なすぎて分子間力の結合を破ることができず、わずかな動きで結合します。ファンデルワールス力に加えて、固体分子の挙動は、イオン結合や金属結合を形成するような他の分子間力の影響を受ける場合があります。この力は、ダイヤモンドなどの結晶格子、銅などの金属、ガラスなどの均質な固体、またはプラスチックなどの柔軟な固体に固体の分子を保持します。原子を分子内に保持する強力な化学結合が材料の化学的特性を決定しますが、ファンデルワールス力を含む分子間力が物理的特性に影響を与えます。