В какво е силата, Ван дер Ваалс?
Физици от университета на Базел и швейцарския Институт за нанотехнологии за първи път в света мериха микроскопичните сили, зараждащи сред прилежащи атоми и молекули – силите на Ван дер Ваалс.
Тези сили пораждат сред обособени атоми и по тази причина са толкоз дребни, че даже в микроскопичния свят този изискан феномен не се среща постоянно. Но точно с тези сили физиците изясняват редица резултати, с които се постанова да се срещаме във всекидневния живот.
Ярка демонстрация на този резултат е способността на геконите да се придвижат по отвесна или даже от противоположната страна на стъклена повърхнина.
Възглавничките на техните лапи са покрити с десетки хиляди фини власинки (всяка с диаметър към 200 нм), които доста усилват количеството на контактите на лапите с повърхността. Това разрешава на слабите сили на взаимоотношението сред молекулите (сили на Ван дер Ваалс) да задържат животните на повърхността.
Същите тези сили карат две парченца стъкло да се слепват, в случай че се приближат едно към друго, по същата причина прилепват към разграничи предмети микроскопичните пайети, с помощта на тях съществува такова комплицирано събитие като силите на повърхностното напрежение, позволяващи на предметите да се държат върху повърхността на водата и да съществуват сапунените мехури.
В основата на силите на Ван дер Ваалс лежи Кулоновото взаимоотношение сред електроните и ядрата на една молекула и ядрата и електроните на друга. На несъмнено разстояние сред тях силите на привличане и отбиване се уравновесяват и се образува устойчива система.
И въпреки че на равнище макроскопични обекти оценяването на силите на прилепване не съставлява механически проблем, до неотдавна те не бяха измервани на мащаб два прилежащи атома, защото тези сили се отнасят към едни от най-слабите взаимоотношения в природата.
За да решат тази техническа задача, учените употребявали нискотемпературен атомно-силов микроскоп – апарат, употребен да вземем за пример за установяване на релефа на материала от пространствена резолюция чак до атомна.
В основата на тези микроскопи е специфична наноразмерна игла, която се отклонява, взаимодействайки с изучаваната повърхнина.
Физиците сложили върху острието на иглата един ксенонов атом, а три други атома – аргон, криптон и ксенон – сложили в кафези от специфична медна мрежа. Това било направено, с цел да може атомите на благородните газове да се движат свободно в металните кафези и учените съумели да измерят величаната на отклонението на иглата.
„ Измерихме взаимоотношението на Ван дер Ваалс в двойки атоми Ar–Xe, Kr–Xe и Xe–Xe благодарение на иглата на атомно-силов микроскоп с подложен върху нея ксенонов атом при ниска температура “, описват създателите на проучването, оповестено в изданието Nature Communications.
Експериментът открил, че силата на взаимоотношението пораства с увеличението на размерите на молекулите, сложени на подложката. От теорията е известно, че тези сили спадат внезапно при нарастване на дистанцията сред атомите, като са пропорционални на r -6 .
Казано с други думи, при увеличение на дистанцията сред атомите два пъти силата на привличане сред тях спада 64 пъти.
Според резултатите от измерването формите на действителните капацитети се разказват добре с тази крива, само че безспорните величини на силите надвишават теоретичните калкулации. Така в двойката ксенон–ксенон силата на Ван дер Ваалс се оказала два пъти по-висока от изчислената.
Учените считат, че повода е, че даже при положение на инертни газове сред атомите се образуват ковалентни връзки, които обезпечават в допълнение привличане.
