Radi de van der Waals

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Definició gràfica de longitud d'enllaç d, radi covalent rcov i radi de van der Waals rvdW.

El radi de van der Waals és la meitat de la mínima distància que separa els nuclis de dos àtoms adjacents no enllaçats.

Història[modifica]

La noció del fet que la distància interatòmica es correspon a la suma de radis atòmics es trobava entre les generalitzacions més importants en química estructural, tractant els cristalls i les molècules com a sistemes d'àtoms que interactuen. El següent pas endavant fou donat per Edward Mack[1] i Michael Magat,[2] que introduïren el 1932 el concepte de radi no-enllaçant per a un àtom situat a la perifèria d'una molècula i l'anomenaren el radi del domini atòmic[1] o Wirkungsradius,[2] implicant que aquest radi determina les distàncies intermoleculars. Més tard, Linus C. Pauling[3] proposà anomenar-lo «radi de van der Waals», perquè caracteritza les interaccions de van der Waals entre àtoms. També demostrà que els radis de van der Waals dels no-metalls coincideixen amb els seus radis iònics i superen els seus radis covalents, normalment per 0,8 Å.[4]

Determinació experimental[modifica]

Inicialment, només van utilitzar-se dades de difracció de raigs X, mesures de volum molar i consideracions cristal·loquímiques per determinar els radis de van der Waals. Estudis posteriors ampliaren la gamma de tècniques experimentals i culminaren en una determinació completa dels radis de van der Waals d'àtoms lliures i lligats. La comparació dels resultats obtinguts mitjançant diversos mètodes físics possibilità avaluar la precisió i establir els límits d'aplicabilitat dels radis de van der Waals i conciliar el concepte de radi de van der Waals amb el requisit mecànic quàntic que la densitat electrònica variï contínuament a la perifèria dels àtoms.[4]

L'equació de van der Waals[modifica]

En groc el volum d'exclusió d'una molècula diatòmica homonuclear.

Els gasos reals no es comporten exactament tal com prediu el model de gas ideal, podent ser la desviació considerable en alguns casos. Així, per exemple, els gasos ideals no presenten transicions de fase líquida o sòlida, independentment del descens de temperatura o increment de pressió a què estiguin sotmesos. Una de les modificacions de la llei dels gasos ideals proposada és l'equació d'estat de van der Waals, que introdueix dos paràmetres a i b obtinguts experimentalment i que depenen de la naturalesa del gas.

on:

  • , és la pressió del gas contingut dintre d'un recipient.
  • , és el volum molar, això és el volum del recipient que conté el gas dividit pel nombre de mols del gas, .
  • , és la temperatura absoluta del gas.
  • , és la constant dels gasos.
  • , és una constant que té en compte la cohesió entre les molècules deguda a les forces de van der Waals.
  • , és el volum d'exclusió, una constant que té en compte el volum total de les molècules.

El volum d'exclusió fa referència tant al volum propi dels àtoms com al volum circumdant en què no pot haver-hi altres perquè a aquesta distància predominen les forces de repulsió entre els àtoms del gas (forces de van der Waals). Una vegada conegut el valor del volum d'exclusió, obtingut experimentalment per a ajustar l'equació de van der Waals al comportament real del gas, el radi de van der Waals pot obtenir-se de l'equació:

on:

  • és el nombre d'Avogadro, i
  • és el radi de van der Waals.

Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

  1. 1,0 1,1 Mack, Edward «THE SPACING OF NON-POLAR MOLECULES IN CRYSTAL LATTICES. THE ATOMIC DOMAIN OF HYDROGEN. A NEW FEATURE OF STRUCTURE OF THE BENZENE RING». Journal of the American Chemical Society, 54, 6, 1932-06, pàg. 2141–2165. DOI: 10.1021/ja01345a001. ISSN: 0002-7863.
  2. 2,0 2,1 Magat, Michael «Über die „Wirkungsradien“ gebundener Atome und den Orthoeffekt beim Dipolmoment». Zeitschrift für Physikalische Chemie, 16B, 1, 01-02-1932, pàg. 1–18. DOI: 10.1515/zpch-1932-1602. ISSN: 2196-7156.
  3. Pauling, Linus. The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals : an introduction to modern structural chemistry. Third edition, 1960. ISBN 0-8014-0333-2. 
  4. 4,0 4,1 Batsanov, S.S. «Van der Waals Radii of Elements». Inorganic Materials, 37, 9, 2001, pàg. 871–885.