van der Waals etkileşim
(van der Waals kuvvet), moleküllerin dipol (çok kutuplu) momentleri
ve elektron kabuklarının polarizasyonu arasındaki etkileşimden kaynaklanan
zayıf, kovalent olmayan moleküllerarası etkileşimdir. van der Waals etkileşimi,
hem polar ve hem de nonpolar herhangi bir molekül arasındaki uzak mesafelerde
çekici kuvvetlerdir. Çok kısa mesafelerde, elektron kabuklarının itilmesinden
dolayı etkileşim iticidir.
Temel van der Waals etkileşimleri türleri, (1) oriyantasyon
(dipol-dipol) etkileşimi, (2) indüklenmiş dipol (sabit dipol- indüklenmiş
dipol) etkileşimi, (3) London dispersiyon (indüklenmiş dipol-indüklenmiş dipol)
etkileşimidir.
1. Oriyantasyon (dipol-dipol) etkileşim, polar moleküller (sabit
dipol momentli) arasındaki etkileşimdir. Sert şekilde yönlendirilmiş dipollerin
etkileşim potansiyeli (U) anizotropiktir, yani kalıcı dipolün oriyantasyonuna
bağlıdır. Bu değer, dipol momentlerinin (p1 ve p2) kareleriyle
doğru, sıcaklıkla (T) ve dipoller arasındaki mesafenin (r) altıncı gücüyle ters
orantılıdır:
p12
p22
U ~ ¾¾¾
T r6
Buna ek olarak, dipol momentler ve daha yüksek multipol
momentler (örneğin, dipol-kuadrupol etkileşim) arasında ve kuadrupollerin
birbirleriyle etkileşimleri de vardır, ancak katkıları genellikle çok zayıftır.
2. İndüklenmiş dipol (sabit dipol- indüklenmiş dipol)
etkileşimi, polar ve nonpolar moleküller arasındaki etkileşmlerdir. İlk
molekülün sabit dipol momenti (p), ikinci molekülde, alanıyla indüklenen moment
ile etkileşir. Bu durumda, potansiyel, mesafenin altıncı kuvveti ile ters, ve
nonpolar molekülün polarizasyonu (a) ve sabit dipol momentinin karesi ile doğru
orantılıdır:
a p22
U ~ ¾¾
r6
3. London dispersiyon (indüklenmiş dipol- indüklenmiş dipol)
etkileşimi; yani, anlık yük dalgalanmalarının sonucu olarak klasik modelde
ortaya çıkan momentlerin etkileşimidir. Potansiyeli de uzaklığın altıncı
gücüyle ters orantılıdır ve parçacıkların polarizasyonu arttıkça artar:
a2
U ~ ¾¾
r6
Yukarıda bahsedilenler arasında genellikle en güçlü olan dispersiyon
etkileşimleridir. Küçük moleküller için van der Waals etkileşimlerinin enerjisi
1-30 kJ/mol'e yakındır. van der Waals etkileşimleri sadece moleküller arasında
değil, aynı zamanda karbon nanotüpleri gibi nanoobjeler arasında da ortaya
çıkar.
van der Waals etkileşim zayıf etkileşim olmasına rağmen,
moleküler kristaller, klatratlar ve süper molekül komplekslerin ve moleküler
yüzey bağların (adsorpsiyon) kararlılığını sağlar ve moleküler nanoyapıların
sentezinde ve self-montaj proseslerinde önemli rol oynar.
Şekil-2: London dispersiyon kuvveti
(ani indüklenmiş dipol-indüklenmiş dipol arasında)
