Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Взаимодействие между группами атомов, не обусловленное химическими связями.
Interactions between groups of atoms that do not arise from chemical bonds
В молекулярной физике и химии сила Ван-дер-Ваальса – это взаимодействие между атомами или молекулами, зависящее от расстояния. В отличие от ионных или ковалентных связей, эти притяжения не возникают в результате химической электронной связи; они сравнительно слабы и, следовательно, более подвержены возмущениям. Сила Ван-дер-Ваальса быстро ослабевает с увеличением расстояния между взаимодействующими молекулами. Названная в честь голландского физика Иоганнеса Дидерика ван дер Ваальса, сила Ван-дер-Ваальса играет фундаментальную роль в таких разнообразных областях, как супрамолекулярная химия, структурная биология, полимерная наука, нанотехнологии, наука о поверхностях и физика конденсированного состояния. Она также определяет многие свойства органических соединений и молекулярных твердых тел, включая их растворимость в полярных и неполярных средах. Если никакая другая сила не присутствует, расстояние между атомами, на котором сила становится отталкивающей вместо притягивающей при их сближении, называется расстоянием ван-дер-Ваальсова контакта; это явление обусловлено взаимным отталкиванием электронных облаков атомов. Силы Ван-дер-Ваальса обычно описываются как комбинация дисперсионных сил Лондона между "мгновенно индуцированными диполями", сил Дебая между постоянными и индуцированными диполями и сил Кезома между постоянными молекулярными диполями, чьи вращательные ориентации динамически усредняются во времени.
In molecular physics and chemistry, the van der Waals force is a distance dependent interaction between atoms or molecules. Unlike ionic or covalent bonds, these attractions do not result from a chemical electronic bond; they are comparatively weak and therefore more susceptible to disturbance. The van der Waals force quickly vanishes at longer distances between interacting molecules. Named after Dutch physicist Johannes Diderik van der Waals, the van der Waals force plays a fundamental role in fields as diverse as supramolecular chemistry, structural biology, polymer science, nanotechnology, surface science, and condensed matter physics. It also underlies many properties of organic compounds and molecular solids, including their solubility in polar and non polar media. If no other force is present, the distance between atoms at which the force becomes repulsive rather than attractive as the atoms approach one another is called the van der Waals contact distance; this phenomenon results from the mutual repulsion between the atoms' electron clouds. The van der Waals forces are usually described as a combination of the London dispersion forces between "instantaneously induced dipoles", Debye forces between permanent dipoles and induced dipoles, and the Keesom force between permanent molecular dipoles whose rotational orientations are dynamically averaged over time.
Лондонская сила дисперсии
Лондонские дисперсионные силы, названные в честь немецко-американского физика Фрица Лондона, – это слабые межмолекулярные силы, возникающие в результате взаимодействия мгновенных мультиполей в молекулах, не имеющих постоянных мультипольных моментов. В органических молекулах и между ними большое количество контактов может приводить к более значительному вкладу дисперсионного притяжения, особенно в присутствии гетероатомов. Лондонские дисперсионные силы также известны как «дисперсионные силы», «силы Лондона» или «силы мгновенного диполя – индуцированного диполя». Интенсивность лондонских дисперсионных сил пропорциональна поляризуемости молекулы, которая, в свою очередь, зависит от общего числа электронов и площади, на которой они распределены. Углеводороды демонстрируют небольшой дисперсионный вклад, а присутствие гетероатомов приводит к увеличению дисперсионных сил в зависимости от их поляризуемости, например, в последовательности RI > RBr > RCl > RF. В отсутствие растворителей слабо поляризуемые углеводороды образуют кристаллы благодаря дисперсионным силам; теплота их сублимации является мерой интенсивности дисперсионного взаимодействия.
London dispersion forces, named after the German American physicist Fritz London, are weak intermolecular forces that arise from the interactive forces between instantaneous multipoles in molecules without permanent multipole moments. In and between organic molecules the multitude of contacts can lead to larger contribution of dispersive attraction, particularly in the presence of heteroatoms. London dispersion forces are also known as 'dispersion forces', 'London forces', or 'instantaneous dipole–induced dipole forces'. The strength of London dispersion forces is proportional to the polarizability of the molecule, which in turn depends on the total number of electrons and the area over which they are spread. Hydrocarbons display small dispersive contributions, the presence of heteroatoms lead to increased LD forces as function of their polarizability, e. g. in the sequence RI>RBr>RCl>RF. In absence of solvents weakly polarizable hydrocarbons form crystals due to dispersive forces; their sublimation heat is a measure of the dispersive interaction.
Использование гекконами и членистоногими
Способность гекконов, которые могут удерживаться на стеклянной поверхности, используя всего один палец, карабкаться по отвесным поверхностям на протяжении многих лет в основном объяснялась силами Ван-дер-Ваальса между этими поверхностями и лопаточками, или микроскопическими выростами, покрывающими волосовидные сеты на их лапках. В 2008 году были предприняты попытки создать сухой клей, использующий этот эффект, и в 2011 году был достигнут успех в создании клейкой ленты, основанной на аналогичном принципе (то есть на силах Ван-дер-Ваальса). В 2011 году была опубликована работа, связывающая этот эффект как с волосовидными структурами, напоминающими липучку, так и с наличием липидов в следах гекконов. Последующее исследование предположило, что капиллярное прилипание может играть роль, но эта гипотеза была опровергнута более поздними исследованиями. Исследование 2014 года показало, что адгезия гекконов к гладким поверхностям из тефлона и полидиметилсилоксана в основном определяется электростатическим взаимодействием (вызванным контактной электрификацией), а не силами Ван-дер-Ваальса или капиллярными силами. Среди членистоногих некоторые пауки имеют подобные сеты на своих скопулах или скопульных подушечках, что позволяет им карабкаться или висеть вниз головой на чрезвычайно гладких поверхностях, таких как стекло или фарфор.
The ability of geckos – which can hang on a glass surface using only one toe – to climb on sheer surfaces has been for many years mainly attributed to the van der Waals forces between these surfaces and the spatulae, or microscopic projections, which cover the hair like setae found on their footpads. There were efforts in 2008 to create a dry glue that exploits the effect, and success was achieved in 2011 to create an adhesive tape on similar grounds (i. e. based on van der Waals forces). In 2011, a paper was published relating the effect to both velcro like hairs and the presence of lipids in gecko footprints. A later study suggested that capillary adhesion might play a role, but that hypothesis has been rejected by more recent studies. A 2014 study has shown that gecko adhesion to smooth Teflon and polydimethylsiloxane surfaces is mainly determined by electrostatic interaction (caused by contact electrification), not van der Waals or capillary forces. Among the arthropods, some spiders have similar setae on their scopulae or scopula pads, enabling them to climb or hang upside down from extremely smooth surfaces such as glass or porcelain.