İçeriğe atla

Van der Waals kuvveti

Vikipedi, özgür ansiklopedi
(Van der Waals kuvvetleri sayfasından yönlendirildi)
Bir gölgelikten yağmur suyunun akışı. Damla oluşumunu yöneten kuvvetler arasında Van der Waals kuvveti, yüzey gerilimi, kohezyon, Plateau-Rayleigh kararsızlığı vardır.
Mikrofiber kumaş kiri çizmeden çıkarmak için van der Waals kuvvetini kullanır.[1]

Moleküler fizik ve kimyada Van der Waals kuvveti veya Van der Waals etkileşimi, atomlar veya moleküller arasındaki mesafeye bağlı bir etkileşimdir. İyonik veya kovalent bağların aksine, bu çekimler kimyasal elektronik bir bağdan kaynaklanmaz;[2] nispeten zayıftırlar ve bu nedenle bozulmaya daha duyarlıdırlar. Van der Waals kuvveti, etkileşen moleküller arasındaki uzak mesafelerde hızla yok olur.

Adını Hollandalı fizikçi Johannes Diderik van der Waals’den alan van der Waals kuvveti, supramoleküler kimya, yapısal biyoloji, polimer bilimi, nanoteknoloji, yüzey bilimi ve yoğun madde fiziği gibi çok çeşitli alanlarda temel rol oynar. Ayrıca organik bileşiklerin ve moleküler katıların kutupsal ve kutupsal olmayan ortamlardaki çözünürlükleri de dahil olmak üzere birçok özelliğinin temelini oluşturur.

Başka bir kuvvet yoksa, atomlar birbirine yaklaştıkça kuvvetin çekici olmaktan ziyade itici hale geldiği atomlar arasındaki mesafeye Van der Waals temas mesafesi denir; bu olay atomların elektron bulutları arasındaki karşılıklı itmeden kaynaklanır.[3]

Van der Waals kuvvetleri[4] genellikle "anlık olarak indüklenen dipoller" arasındaki London dağılım kuvvetlerinin,[5] kalıcı dipoller ile indüklenen dipoller arasındaki Debye kuvvetlerinin ve zaman içinde dönme yönelimlerinin dinamik olarak ortalaması alınan kalıcı moleküler dipoller arasındaki Keesom kuvvetinin bileşimi olarak tanımlanır.

Van der Waals kuvveti, fiziksel kimyada kovalent bağlar, hidrojen bağları ve iyonların birbiriyle, nötr veya elektrik yüklü moleküllerle elektrostatik etkileşimi hariç olmak üzere, moleküller arasındaki çekme veya itme kuvvetlerinin toplamıdır.

Kutupsal hidroksil grubunun hidrojen bağlama özellikleri, az molekül ağırlıklı alkollerde zayıf Van der Waals etkileşimlerine hakim olurlar. Daha çok molekül ağırlıklı alkollerde, kutupsal olmayan hidrokarbon zincir (ler)inin özellikleri hakim olur ve çözünürlüğü tanımlar. Van der Waals kuvvetleri, etkileşen moleküller arasında daha uzun mesafelerde hızla kaybolurlar.

Van der Walls bağları moleküller arasında olup fiziksel bir etkileşimdir. Bu nedenle moleküller arası olduğu için zayıf etkileşim olarak adlandırılır. Dipol - dipol, iyon - dipol ve indüklenmiş dipol (geçici) olmak üzere üçe ayrılır. Aynı zamanda indüklenmiş dipol (geçici) de kendi arasında; iyon - indüklenmiş dipol, dipol - indüklenmiş dipol ve indüklenmiş dipol - indüklenmiş dipol (London) olmak üzere üçe ayrılır.

2012 yılında, atomik kuvvet mikroskobu ile metal yüzeye bağlı tek bir organik molekülde, Van der Waals kuvvetlerinin doğrudan ilk ölçümleri yapıldı ve yoğunluk fonksiyonel hesaplamaları ile doğrulandı.[6]

Tanım

[değiştir | kaynağı değiştir]

Van der Waals kuvvetleri atomlar, moleküller ve ayrıca diğer moleküller arası kuvvetler arasındaki çekme ve itme kuvvetlerini içerir. Yakın parçacıkların dalgalanan kutuplanabilirlik ortak ilişkilerinden kaynaklanmaları nedeniyle kovalent ve iyonik bağlardan farklıdırlar (kuantum dinamiğinin bir sonucudur[7]).

Gekolar ve eklembacaklılar tarafından kullanım

[değiştir | kaynağı değiştir]
Duvara tırmanan Geko kertenkelesi.

Van der Waals etkileşimi oldukça zayıftır, sadece atomlar ya da moleküller birbirine çok yakın olduğunda gerçekleşir. Fakat bu şekilde çokça etkileşimin bir anda oluşması oldukça güçlü bir bağ oluşturabilir.

Gecko kertenkelesi Van der Waals bağları yardımıyla dik yüzeyleri tırmanabilmektedir. Gecko kertenkelesinin ayaklarındaki çok sayıdaki minuskul boyuttaki saçımsı çıkıntılar ve güçlü tendonlar sayesinde yüzeyle ayaklar arasında maksimum temas ve sertlik sağlanır. Ayaktaki moleküller ve duvar yüzeyi arasında oluşan çok sayıdaki Van der Waals etkileşimi birlikte oldukça güçlü bağ oluşturur ve Gecko'nun vücut ağırlığını dengeler.[8] Bu örnekten etkilenilerek Geckskin isimli yapıştırıcı ABD'de bulunan Massachussetts Üniversitesi tarafından icat edilmiştir.[9]

Cam yüzeye tırmanan Geko

Tek ayak parmağını kullanarak cam bir yüzeye asılabilen kertenkelelerin dik yüzeylere tırmanma yeteneği, uzun yıllar boyunca esas olarak bu yüzeyler ve spatula veya ayak tabanlarındaki saç benzeri kılları kaplayan mikroskobik çıkıntılar arasındaki Van der Waals kuvvetlerine atfedilmiştir.[10][11]

2008'de bu etkiden yararlanan kuru bir tutkal yaratma çabaları vardı[12] ve 2011'de benzer dayanaklarla[13] (yani van der Waals kuvvetlerine dayalı) yapışkan bant oluşturma konusunda başarı kazanıldı. 2011 yılında, hem cırt cırtlı tüylerin etkisi hem de geko ayak izlerindeki lipitlerin varlığıyla ilgili bir makale yayınlandı.[14]

Daha sonraki bir çalışma, kılcal damar yapışmasının bir rol oynayabileceğini öne sürdü,[15] ancak bu hipotez daha yeni çalışmalar tarafından reddedildi.[16][17][18]

2014 yılında yapılan bir çalışma, geko'nun pürüzsüz Teflon ve polidimetilsiloksan yüzeylere yapışmasının van der Waals veya kılcal kuvvetler tarafından değil, esas olarak elektrostatik etkileşim (temas elektriklenmesinin neden olduğu) tarafından belirlendiğini göstermiştir.[19]

Eklem bacaklılar arasında, bazı örümceklerin skopulalarında veya skapula pedlerinde benzer kıllar bulunur, bu da onların cam veya porselen gibi son derece pürüzsüz yüzeylere tırmanmasına veya baş aşağı asılmasına olanak tanır.[20][21]

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ "How do microfiber cloths work? | The science of cleaning". Explain that Stuff. 2 Temmuz 2008. 21 Ocak 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Şubat 2022. 
  2. ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2. basım (the "Gold Book") (1997). Düzeltilmiş çevrimiçi sürümü:  (2006-) "{{{title}}}".
  3. ^ Garrett, Reginald H.; Grisham, Charles M. (2016). Biochemistry (6cı bas.). Virginia Üniversitesi. ss. 12-13. 
  4. ^ Tschumper (20 Ekim 2008). "Reliable Electronic Structure Computations for Weak Noncovalent Interactions in Clusters". Lipkowitz, Kenny B.; Cundari, Thomas R. (Ed.). Reviews in Computational Chemistry. 26. John Wiley & Sons. ss. 39-90. doi:10.1002/9780470399545.ch2. ISBN 9780470399545.  Birden fazla |yazar= ve |soyadı= kullanıldı (yardım)
  5. ^ Mahan, Gerald D. (2009). Quantum mechanics in a nutshell. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-13713-1. OCLC 226037727. 
  6. ^ Sriharsha V. Aradhya, Michael Frei, Mark S. Hybertsen, L. Venkataraman. Van der Waals interactions at metal/organic interfaces at the single-molecule level 24 Temmuz 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Columbia Üniversitesi. 12 Ağustos 2012. En son 30 Nisan 2013 tarihinde erişildi. (İngilizce)
  7. ^ Abrikosov, A. A.; Gorkov, L. P.; Dzyaloshinsky, I. E. (1963–1975). "6: Electromagnetic Radiation in an Absorbing Medium". Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics. Dover Publications. ISBN 978-0-486-63228-5. 
  8. ^ "Campbell Biology, 11th Edition". 8 Ocak 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Şubat 2017. 
  9. ^ "Arşivlenmiş kopya". 27 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Şubat 2017. 
  10. ^ Russell, Anthony P.; Higham, Timothy. E. (2009). "A new angle on clinging in geckos: incline, not substrate, triggers the deployment of the adhesive system". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 276 (1673). ss. 3705-3709. doi:10.1098/rspb.2009.0946. ISSN 0962-8452. PMC 2817305 $2. PMID 19656797. 
  11. ^ Autumn, Kellar; Sitti, Metin; Liang, Yiching A.; Peattie, Anne M.; Hansen, Wendy R.; Sponberg, Simon; Kenny, Thomas W.; Fearing, Ronald; Israelachvili, Jacob N.; Full, Robert J. (2002). "Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae". Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (19). ss. 12252-6. Bibcode:2002PNAS...9912252A. doi:10.1073/pnas.192252799. PMC 129431 $2. PMID 12198184. 
  12. ^ Steenhuysen, Julie (8 Ekim 2008). "Gecko-like glue is said to be stickiest yet". Reuters. 20 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ekim 2016. 
  13. ^ Quick, Darren (6 Kasım 2011). "Biologically inspired adhesive tape can be reused thousands of times". New Atlas. 9 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Ekim 2016. 
  14. ^ Hsu, Ping Yuan; Ge, Liehui; Li, Xiaopeng; Stark, Alyssa Y.; Wesdemiotis, Chrys; Niewiarowski, Peter H.; Dhinojwala, Ali (24 Ağustos 2011). "Direct evidence of phospholipids in gecko footprints and spatula-substrate contact interface detected using surface-sensitive spectroscopy". Journal of the Royal Society Interface. 9 (69). ss. 657-664. doi:10.1098/rsif.2011.0370. ISSN 1742-5689. PMC 3284128 $2. PMID 21865250. 
  15. ^ Huber, Gerrit; Mantz, Hubert; Spolenak, Ralph; Mecke, Klaus; Jacobs, Karin; Gorb, Stanislav N.; Arzt, Eduard (2005). "Evidence for capillarity contributions to gecko adhesion from single spatula nanomechanical measurements". Proceedings of the National Academy of Sciences. 102 (45). ss. 16293-16296. Bibcode:2005PNAS..10216293H. doi:10.1073/pnas.0506328102. PMC 1283435 $2. PMID 16260737. 
  16. ^ Chen, Bin; Gao, Huajian (2010). "An alternative explanation of the effect of humidity in gecko adhesion: stiffness reduction enhances adhesion on a rough surface". International Journal of Applied Mechanics. 2 (1). ss. 1-9. Bibcode:2010IJAM....2....1C. doi:10.1142/s1758825110000433. 
  17. ^ Puthoff, Jonathan B.; Prowse, Michael S.; Wilkinson, Matt; Autumn, Kellar (2010). "Changes in materials properties explain the effects of humidity on gecko adhesion". Journal of Experimental Biology. 213 (21). ss. 3699-3704. doi:10.1242/jeb.047654. PMID 20952618. 
  18. ^ Prowse, Michael S.; Wilkinson, Matt; Puthoff, Michael; Mayer, George; Autumn, Kellar (Şubat 2011). "Effects of humidity on the mechanical properties of gecko setae". Acta Biomaterialia. 7 (2). ss. 733-738. doi:10.1016/j.actbio.2010.09.036. PMID 20920615. 
  19. ^ Izadi, H.; Stewart, K. M. E.; Penlidis, A. (9 Temmuz 2014). "Role of contact electrification and electrostatic interactions in gecko adhesion". Journal of the Royal Society Interface. 11 (98). s. 20140371. doi:10.1098/rsif.2014.0371. PMC 4233685 $2. PMID 25008078. We have demonstrated that it is the CE-driven electrostatic interactions which dictate the strength of gecko adhesion, and not the van der Waals or capillary forces which are conventionally considered as the main source of gecko adhesion. 
  20. ^ Kesel, Antonia B.; Martin, Andrew; Seidl, Tobias (19 Nisan 2004). "Getting a grip on spider attachment: an AFM approach to microstructure adhesion in arthropods". Smart Materials and Structures. 13 (3). ss. 512-518. Bibcode:2004SMaS...13..512K. doi:10.1088/0964-1726/13/3/009. ISSN 0964-1726. 
  21. ^ Wolff, Jonas O.; Gorb, Stanislav N. (7 Ocak 2012). "The influence of humidity on the attachment ability of the spider Philodromus dispar (Araneae, Philodromidae)". Proceedings of the Royal Society B. 279 (1726). ss. 139-143. doi:10.1098/rspb.2011.0505. PMC 3223641 $2. PMID 21593034. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Van_der_Waals_kuvveti&oldid=33432974" sayfasından alınmıştır