Van der Waals Force
1. 개요
비극성 분자간의 아주 가까운 거리에서 발생하는 인력으로 노벨 물리학상을 수상한 네덜란드의 물리학자 요하너스 디데릭 판데르발스의 이름에서 따왔다.
표기에 따라 반데르발스 힘, 반데어발스 힘이라고 하기도 한다. 네덜란드어 van은 '반'에 약한 ㅍ 발음이 섞인 듯이 발음되기 때문이다.
이상 기체 법칙에서 선형성을 어긋내는 힘으로 정의하는 사람마다 정의가 다양하다. 아래의 분산력과의 동의어로 정의하는 경우[1], 퍼텐셜이 거리의 6제곱에 반비례하는 분자간 인력 상호작용으로 정의하는 경우[2], 모든 분자간 상호작용을 통틀어 정의하는 경우 등이 있다. 일반적으로 인력과 척력(반발력)의 합으로 계산한다.
분자간 상호작용은 1-10kJ/mol 안팎의 에너지를 가지며 원자간 상호작용(100kJ/mol 단위)에 비하면 매우 작다. 공유 결합으로 연결된 물질과 분자간 상호작용으로 연결된 물질의 녹는점/끓는점을 비교해 보면 쉽게 알 수 있다.
2. London 힘
무작위적인 전자 분포로 인한 순간적인 쌍극자로 인해 발생하는 힘. 런던 힘(London Force)[3] 또는 분산력(Dispersion Force)이라고도 부른다.무극성 분자간에만 존재하는 힘이 아니다. 전반적으로 분자량이 크고, 분자간 거리가 가까울수록 커진다. 흔히들 분자간 상호작용 중 가장 약하다고 오해하는데, 절대적 크기에 있어 절대로 작지 않다. 분자량이 커질수록 이 기여가 굉장히 커진다.[4]
자세한 것은 분산력 항목 참조
3. Debye 힘
쌍극자-유발 쌍극자간 힘.4. Keesom 힘
회전 가능한 쌍극자간 힘.5. 여담
작은 생물체는 질량은 작고 표면적은 크다보니 판데르발스 힘으로 중력을 극복하는 사례들이 있다. 예를 들어 거미의 경우 발바닥의 털을 이용하여 벽과의 표면적을 증가시켜 벽에 달라붙을 수 있게 된다. 이를 이용하여 어느 연구팀이 쉽게 붙였다 떼었다 할 수 있는 포스트잇을 연구중이다. 또한 곤충들은 발바닥에 물과 기름의 혼합물을 분비해 같은 일을 할 수 있다.도마뱀붙이도 발바닥의 털을 이용하여 같은 원리로 벽에 붙을 수 있다.
이를 이용한 현미경도 있다.
[1] 고교 교육과정의 경우.[2] Atkins Physical Chemistry의 경우[3] 영국의 수도인 런던에서 직접 유래한 것이 아니다. 과학자 런던의 이름에서 유래한 것이다.[4] 이해가 안 된다면 HBr과 Br2를 비교해보자. HBr은 극성 분자지만 Br2에 비해 분자량이 훨씬 낮아 상온에서 기체다.