반데르발스 힘(van der Waals force)

 

'모세관력(CapillaryForce) https://infos.tistory.com/7142' 모세관력은 액체의 표면장력(수축력)이 좁은 관 (모세관) 내부의 수면을 상승시키거나 하강시키는 힘을 의미. 유리관의 경우, 유리 표면의 부분 음전하를 띤 영역과 물분자의 '부분양전하(delta^+)'를 띤 수소 원자, 이 둘 사이에 정전기적 인력이 작용하여 물 분자의 수소 부분이 유리 표면에 강하게 끌어당겨져 달라붙게 된다. 이 힘이 부착력이며, 물이 유리관 벽을 따라 올라가게 만드는 직접적인 힘이 된다. 식물 '물관(Xylem)'의 벽은 일반적으로 '음전하(-)'를 띠는 것으로 알려져 있다. 이는 유리관이 중성 수용액에서 음전하를 띠는 원리와 유사하다.

 

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D5b08요약 '반데르발스힘(van der Waals force) https://infos.tistory.com/7144': 토양 입자들의 표면이 서로 매우 가까워졌을 때 발생하는 미세한 분자 간 인력이다. 토양 입자를 구성하는 분자 또는 원자 간에 발생하는 약한 전기적 인력이다. 이 힘은 토양 입자가 서로 뭉치려는 기본적인 경향을 제공하지만, 입자 간 거리가 멀어지면 급격히 약해진다. 모세관력에 비하면 영향력이 작다. 중장비 등의 외부 압력으로 공극이 사라져 입자들이 억지로 초근접 상태로 밀착되면, 반 데르 발스 힘이 활성화되어 뭉침이 더욱 강해진다. 이 경우 경화에 기여하지만, 경화를 '유발'하는 주된 힘은 외부 압력이다.

 

반데르발스 힘은 원자나 분자 사이에 작용하는 '비교적 약한 인력(분자 간 힘)'을 총칭하는 용어다. 이 힘은 전자의 공유나 이동으로 생기는 이온 결합, 공유 결합과 같은 강한 결합(1차 결합)과는 구별되는, 정전기적 상호작용으로 발생한다.

1. 반데르발스 힘의 세 가지 주요 종류
반데르발스 힘은 분자의 극성 유무와 일시적인 전자의 치우침에 따라 세 가지로 분류된다.

종류	상호작용 분자	작용 원리
1. 런던 분산력 (London Dispersion Force)	비극성 분자 ↔ 비극성 분자	전자의 무작위적인 움직임으로 인해 순간적인 쌍극자가 형성되고, 이것이 이웃 분자에 유도 쌍극자를 만들어 인력이 작용한다. (가장 약하지만, 모든 분자/원자 간에 작용)
2. 디바이 상호작용 (Debye Interaction)	극성 분자 ↔ 비극성 분자	영구 쌍극자를 가진 극성 분자가 이웃한 비극성 분자의 전하 분포를 일시적으로 편극시켜 유도 쌍극자를 만들고 인력이 작용한다.
3. 키솜 상호작용 (Keesom Interaction)	극성 분자 ↔ 극성 분자	영구 쌍극자를 가진 극성 분자들끼리 서로의 반대 전하를 띠는 부분이 정렬되어 인력이 작용한다.

 

수소 결합은 극성 분자 간의 인력(H와 F, O, N 중 하나가 결합된 경우)으로, 반데르발스 힘의 한 갈래로 볼 수 있으나, 그 세기가 매우 강하기 때문에 보통 별도로 분류한다.

 

반데르발스 힘의 특징 및 중요성

약한 힘: 공유 결합이나 이온 결합에 비해 세기가 현저히 약하다. (일반적으로 0.4 kJ/mol 에서 4 kJ/mol 정도)
짧은 작용 거리: 분자 간 거리가 가까울 때만 효과적으로 작용하며, 거리가 멀어지면 힘이 급격히 약해진다.
물질의 성질 결정: 이 힘은 물질의 녹는점, 끓는점, 액화 및 고체화와 같은 물리적 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. (예: 분자량이 클수록 런던 분산력이 커져 끓는점이 높아진다.)
자연 현상: 도마뱀붙이가 벽에 달라붙을 수 있는 능력이나, 흑연이 층상 구조를 이루는 현상 등 다양한 자연 현상과 소재 과학에 관여한다.

 

 

영상은 유기화학 강의에서 비극성 물질 간의 만유인력으로 반데르발스 결합을 설명하는 내용을 담고 있다: Organic Chemistry Lecture 6: Van der Waals Bonding. The Gravitational Force Between Nonpolar Subs...

https://youtu.be/ujf8y6cqMO8

 

 

토양

토양 입자들의 표면이 서로 매우 가까워졌을 때 발생하는 미세한 분자 간 인력이다.
물이 마르면서 발생하는 모세관력에 비하면 그 크기가 토양 전체의 경도를 주도적으로 결정하기에는 상대적으로 작다.

토양 입자를 구성하는 분자 또는 원자 간에 발생하는 약한 전기적 인력이다. 이 힘은 토양 입자가 서로 뭉치려는 기본적인 경향을 제공하지만, 입자 간 거리가 멀어지면 급격히 약해진다.
중장비 등의 외부 압력으로 공극이 사라져 입자들이 억지로 초근접 상태로 밀착되면, 반 데르 발스 힘이 활성화되어 뭉침이 더욱 강해진다. 이 경우 경화에 기여하지만, 경화를 '유발'하는 주된 힘은 외부 압력이다.