什么是范德华力？

在过去的两天里，冰桶挑战作弊的消息再次吸引了人们的注意力。这让人们想起了2014年底俄罗斯人从头到脚在零下195摄氏度注入液氮的表现，这非常有趣。液氮是一种远离人们生活的物质，它的气体形式一直与我们密切接触——空气中大约78%的成分是氮气。现在，有一个问题，是什么吸引能使氮分子凝结成液体？答案是范德瓦尔斯。

范德瓦尔斯这个术语与我们的日常经验相去甚远，实际上早在1873年就由著名的荷兰物理学家范德瓦尔斯提出。

范德瓦尔斯

德拜

但是要真正理解这种力量，我们必须依靠现代物理学的成就。

1912年，杰出的荷裔美国物理学家德拜提出了偶极矩的概念，它可以用来测量分子中正负电荷的分布。我们知道分子中有带负电荷的电子和带正电荷的原子核。显然，正负电荷一般应该相等。现在假设这些负电荷相等地集中在分子的某一点，形成一个负电荷中心，那么在分子的另一点一定有一个等价的正电荷中心。这种正负两极被称为偶极子。

如果正负电荷中心之间的距离为L，电量为Q，德拜将偶极矩μ定义为电量与距离之间的机会，即μ = QL。偶极矩是一个极其重要的物理概念。如果分子的正电荷和负电荷一致，偶极矩为零(称为非极性分子)；相反，偶极矩越大，正负电荷(称为极性分子)明显分离。普通的甲烷和二氧化碳是非极性分子，由于它们对称的空间结构和正负电荷中心重叠，它们的偶极矩为零。氨的偶极矩不是零，所以它是一个极性分子。

在理解了偶极矩和偶极矩的概念之后，范德华力就可以很好地解释了。事实上，范德华力不是单一的力，而是几种力的统称。在物理学中，这些力分别称为定向力、感应力和分散力。

由于极性分子的内部正负电荷不重叠，当两个极性分子接近时，分子A的负中心趋向于分子B的正中心。偶极矩越大，趋势越强。极性分子之间因固有偶极而产生的吸引力称为定向力。

极性分子不仅会产生取向力，还会破坏非极性分子的电荷重叠，导致非极性分子的偶极矩诱导偶极。因此，在极性分子和非极性分子之间也产生一种力，称为诱导力。

如果没有极性分子，非极性分子之间会没有作用力吗？不。虽然非极性分子的偶极矩为零，但分子中的电子和原子核仍在不断运动。在某个时刻，正负电荷中心可能会分离，从而产生瞬时偶极子。由于瞬时偶极子的存在，相邻分子之间也会产生相互作用力，这种作用力称为分散力。

范德华力本质上是静电力，由定向力、感应力和分散力组成。这是分子间广泛存在的力，在物质状态中起着重要作用。一般来说，范德华力越高，同一种物质的沸点和熔点越高。范德华力还与物理和化学性质有关，如表面张力和粘度。

参考:古代国家目录主编。大学化学课程。化学工业出版社。1999年:449