Las fuerzas de Van der Waals forman enlaces electrostáticos entre las moléculas. Los enlaces intermoleculares que incluyen enlaces de Van der Waals mantienen unidas las moléculas en líquidos y sólidos y son responsables de fenómenos tales como la tensión superficial en líquidos y cristales en sólidos. Las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las fuerzas internas que mantienen unidos a los átomos en moléculas, pero aún son lo suficientemente fuertes como para afectar el comportamiento y las propiedades de muchos materiales.

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Las fuerzas electrostáticas de Van de Waals actúan entre moléculas para formar enlaces débiles. Los tipos de fuerzas de Van der Waals, de más fuertes a más débiles, son fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas dipolo inducidas por dipolo y las fuerzas de dispersión de Londres. El enlace de hidrógeno se basa en un tipo de fuerza dipolo-dipolo que es especialmente potente. Estas fuerzas ayudan a determinar las características físicas de los materiales.

Tipos de fuerzas de Van der Waals

Tres tipos de fuerzas de Van der Waals, de mayor a menor, son fuerzas dipolo-dipolo, dipolo inducido por dipolo fuerzas y las fuerzas de dispersión de Londres. Los dipolos son moléculas polares con polos cargados negativamente y positivamente en los extremos opuestos de la molécula. El polo negativo de una molécula atrae el polo positivo de otra molécula, formando un enlace dipolo-dipolo electrostático.

Cuando una molécula dipolo cargada se acerca a una molécula neutra, induce una carga opuesta en la molécula neutra, y las cargas opuestas se atraen para formar un enlace dipolo inducido por dipolo. Cuando dos moléculas neutrales se convierten en dipolos temporales porque sus electrones se juntan en un lado de la molécula, las moléculas neutrales son atraídas por fuerzas electrostáticas llamadas fuerzas de dispersión de Londres, y pueden formar un enlace correspondiente.

Dispersión de Londres las fuerzas son débiles en moléculas pequeñas, pero aumentan en fuerza en moléculas más grandes donde muchos de los electrones están comparativamente lejos del núcleo con carga positiva y son libres de moverse. Como resultado, pueden acumularse de forma asimétrica alrededor de la molécula, creando el efecto dipolar temporal. Para las moléculas grandes, las fuerzas de dispersión de Londres se convierten en un factor importante en su comportamiento.

Cuando una molécula dipolo contiene un átomo de hidrógeno, puede formar un enlace dipolo-dipolo especialmente fuerte, porque el átomo de hidrógeno es pequeño y el la carga positiva se concentra. La mayor fuerza del enlace hace que este sea un caso especial llamado enlace de hidrógeno.

Cómo afectan las fuerzas Van der Waals a los materiales

En los gases a temperatura ambiente, las moléculas están demasiado separadas y tienen demasiado energía que se verá afectada por las fuerzas intermoleculares de Van der Waals. Estas fuerzas se vuelven importantes para líquidos y sólidos porque las moléculas tienen menos energía y están más juntas. Las fuerzas de Van der Waals se encuentran entre las fuerzas intermoleculares que mantienen unidos los líquidos y los sólidos y les confieren sus propiedades características.

En los líquidos, las fuerzas intermoleculares son todavía demasiado débiles para mantener las moléculas en su lugar. Las moléculas tienen suficiente energía para hacer y romper repetidamente los enlaces intermoleculares, deslizándose uno tras otro y tomando la forma de su contenedor. Por ejemplo, en el agua, las moléculas bipolares están formadas por un átomo de oxígeno cargado negativamente y dos átomos de hidrógeno cargados positivamente. Los dipolos de agua forman fuertes enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas de agua. Como resultado, el agua tiene una alta tensión superficial, un alto calor de vaporización y un punto de ebullición comparativamente alto para el peso de la molécula.

En los sólidos, los átomos tienen muy poca energía para romper los enlaces de las fuerzas intermoleculares, y se mantienen juntas con poco movimiento. Además de las fuerzas de Van der Waals, el comportamiento de las moléculas de sólidos puede estar influenciado por otras fuerzas intermoleculares, como las que forman enlaces iónicos o metálicos. Las fuerzas retienen las moléculas de sólidos en redes cristalinas como los diamantes, en metales como el cobre, en sólidos homogéneos como el vidrio o en sólidos flexibles como los plásticos. Si bien los fuertes enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos en las moléculas determinan las características químicas de los materiales, las fuerzas intermoleculares, incluidas las fuerzas de Van der Waals, influyen en las características físicas.