L’importanza delle forze di van der Waals in chimica
Le forze di van der Waals sono interazioni a corto raggio che si manifestano sia nella fase gassosa che in quella liquida a causa delle fluttuazioni nelle nuvole di elettroni che circondano il nucleo degli atomi o molecole. Queste forze diventano meno significative man mano che la distanza tra le particelle aumenta, ma sono cruciali quando le molecole sono vicine tra loro.
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Le forze di van der Waals, incluse tra le forze intermolecolari, derivano dall’interazione tra dipoli, dipoli indotti e dipoli istantanei. A causa delle variazioni nella densità di carica delle particelle, gli atomi o le molecole possono polarizzarsi, generando cariche positive e negative che interagiscono elettrostaticamente.
Questi legami chimici secondari, scoperti dal fisico olandese Johannes Diderik van der Waals nel 1873, sono più deboli dei legami ionici o covalenti presenti in altre molecole. Possono essere attrattivi o repulsivi e sono non specifici, interessando qualsiasi tipo di molecola, indipendentemente dalla sua struttura chimica e temperatura.
Forze di van der Waals e le proprietà fisiche delle sostanze
Le forze di van der Waals svolgono un ruolo cruciale nelle proprietà fisiche delle sostanze, influenzando ad esempio le temperature di ebollizione e fusione. Queste interazioni deboli sono responsabili dei punti di ebollizione e fusione di composti organici come il pentano e l’esano.
Il pentano e l’esano, entrambi composti apolari, presentano punti di ebollizione diversi a causa delle forze di van der Waals più forti nell’esano, che ha una maggiore superficie di interazione molecolare. Le forze di van der Waals tengono unite le molecole più strettamente, diminuendo la tensione di vapore e determinando un punto di ebollizione più elevato.
Oltre alla superficie molecolare, la forma della molecola influenza anche l’intensità delle forze di van der Waals. Ad esempio, il neopentano presenta un punto di ebollizione inferiore rispetto al pentano a causa della sua struttura molecolare diversa.
L’importanza delle Forze di van der Waals nella Vita Quotidiana
Le forze di van der Waals, apparentemente ristrette al mondo accademico, svolgono un ruolo significativo nella vita di tutti i giorni. Con una forza di attrazione che varia tra 0.4 kJ/mole e 4 kJ/mole, queste forze agiscono su distanze inferiori o uguali a 0.4 nm, favorendo l’adesione tra atomi o molecole sia all’interno di una sostanza che tra sostanze diverse.
Esempi Pratici delle Forze di van der Waals
Un esempio emblematico dell’azione delle forze di van der Waals è rappresentato dai gechi, piccoli rettili noti per la capacità di arrampicarsi su superfici verticali come muri e tetti grazie ad una marcata adesione superficiale delle loro zampe. Le zampe, con un’area di contatto di circa 22 mm², sono rivestite da milioni di piccoli peli curvi chiamati setae, composti da beta-cheratina e alfa-cheratina che generano una forza di adesione grazie alle deboli interazioni superficiali.
Altre Applicazioni delle Forze di van der Waals
Le forze di van der Waals risultano cruciali anche per la struttura e le proprietà di sostanze come la grafite, le proteine e il DNA. Esse stabilizzano le catene idrofobiche delle proteine, influenzando la loro struttura quaternaria, e facilitano le interazioni tra le basi azotate nel DNA.
In conclusione, nonostante la loro natura apparentemente astratta, le forze di van der Waals giocano un ruolo fondamentale in diversi aspetti della vita reale, contribuendo alle interazioni tra le molecole e all’adesione di materiali apparentemente distanti.
