Forza di van der Waals

In chimica per forza di van der Waals si intende un tipo di debole attrazione intermolecolare causata da dipoli molecolari indotti.

Il nome viene dal fisico olandese Johannes Diderik van der Waals che osservò deboli forze attrattive dovute a perturbazioni della nuvola elettronica nei gas nobili.

Molecole complessivamente neutre sono soggette ad un'interazione elettrostatica, dovuta a fluttuazioni nella distribuzione delle cariche.

Si tratta di forze attrattive "a lungo raggio" e repulsive "a corto raggio", espresse analiticamente dalla legge di Lennard-Jones.

Entità delle forze di Van der Waals al variare della distanza intermolecolare, secondo il modello di Lennard-Jones.

Questa forza tende all'infinito per r → 0 e si annulla per r → ∞ e per r = δ.

Maggiori sono le dimensioni delle molecole di gas (cioè più è grande il peso molecolare del gas), maggiori sono queste forze, dato che aumenta il numero di elettroni che possono essere perturbati per formare dipoli indotti. Insieme al legame idrogeno queste forze sono responsabili dell'esistenza, a differenti temperature, dei tre stati di aggregazione della materia.

Differenze tra forza di van der Waals e forza di dispersione di London

La forza di dispersione di London rappresenta una delle possibili modalità in cui le forze di van der Waals si manifestano. Il termine forza di van der Waals indica infatti un insieme di forze di cui fanno parte, oltre alla forza di dispersione di London, la forza di Keesom e la Forza di Debye. La distinzione tra queste tipologie di forze è legata alla natura dei dipoli tra cui esse si instaurano: la forza di dispersione di London si esercita tra dipoli istantanei indotti, quella di Keesom tra dipoli permanenti, quella di Debye tra un dipolo permanente e il corrispondente dipolo indotto.

Applicazioni

La forza di van der Waals è inoltre alla base del funzionamento del microscopio a forza atomica (AFM), un potentissimo microscopio a scansione di sonda (SPM), che consiste essenzialmente di una microleva (cantilever) alla cui estremità è montata una punta acuminata (tip), che viene collocata nelle strette vicinanze della superficie del campione di cui effettua la scansione. La forza di van der Waals che agisce tra la punta ed il campione provoca una deflessione della microleva (la cui costante elastica è nota) in accordo con la legge di Hooke.

La forza di van der Waals in natura

I gechi riescono a stare su superfici verticali e appesi su superfici orizzontali grazie alle forze di van der Waals

Alla forza di van der Waals si attribuisce l'abilità del geco di camminare su superfici lisce senza l'uso di secrezioni adesive (le estremità delle sue zampe sono ricoperte da milioni di peli che moltiplicano le deboli forze elettromagnetiche di interazione con la superficie).

Bibliografia

• T. W. Graham Solomons, Chimica organica, 2^a ed., Bologna, Zanichelli, 2001, pp. 74-75. ISBN 88-08-09414-6
• Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29^a ed., Dante Alighieri, 1987.

Voci correlate

• Legame idrogeno
• Dipolo molecolare
• Legame chimico
• Forza di Debye
• Legge di van der Waals

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