İçeriğe atla

Van der Waals kuvveti

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

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

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

  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. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Molekül</span> birbirine bağlı gruplar halindeki atomların oluşturduğu kimyasal bileşiklerin en küçük temel yapısı

Molekül, birbirine bağlı gruplar halindeki atomların oluşturduğu kimyasal bileşiklerin en küçük temel yapısına verilen addır. Diğer bir ifadeyle bir molekül bir bileşiği oluşturan atomların eşit oranlarda bulunduğu en küçük birimdir. Moleküller yapılarında birden fazla atom içerirler. Bir molekül aynı iki atomun bağlanması sonucu ya da farklı sayılarda farklı atomların bağlanması sonucunda oluşabilirler. Bir su molekülü 3 atomdan oluşur; iki hidrojen ve bir oksijen. Bir hidrojen peroksit molekülü iki hidrojen ve 2 oksijen atomundan oluşur. Diğer taraftan bir kan proteini olan gamma globulin 1996 sayıda atomdan oluşmakla birlikte sadece 4 çeşit farklı atom içerir; hidrojen, karbon, oksijen ve nitrojen. Molekülleri oluşturan kimyasal bağlara Moleküler bağlar denir. Bunlar kovalent, iyonik ve metalik bağlardır.

<span class="mw-page-title-main">Hidrojen bağı</span>

Kimya'da, hidrojen bağı öncelikle daha elektronegatif bir "verici" atom veya gruba (Dn) kovalent bağla bağlanan bir hidrojen (H) atomu ile ve yalnız bir çift elektron taşıyan başka bir elektronegatif atom arasındaki elektrostatik çekim kuvvetidir.

<span class="mw-page-title-main">Kovalent bağ</span> İki atom arasında elektronun paylaşılması

Kovalent bağ, atomlar arasında elektron çiftleri oluşturmak için elektronların paylaşımını içeren kimyasal bağdır. Bu elektron çiftlerine paylaşılan çiftler veya bağ çiftleri denir. Atomlar arasında elektronları paylaştıklarında çekici ve itici kuvvetlerin kararlı dengesine kovalent bağ denir. Birçok molekül için elektronların paylaşılması her atomun kararlı elektronik gruplaşmasına denk gelen tam değerlik kabuğunun eşdeğerine ulaşmasına olanak tanır.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal bağ</span> atomları birbirine bağlanmasını ve bir arada kalmasını sağlayan kuvvet

Kimyasal bağ, atomların veya iyonların molekülleri, kristalleri ve diğer yapıları oluşturmak üzere birleşmesidir. Bağ, iyonik bağlar'da olduğu gibi zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetten veya kovalent bağ'larda olduğu gibi elektronların paylaşılmasından veya bu etkilerin bazı kombinasyonlarından kaynaklanabilir. Açıklanan kimyasal bağların farklı mukavemetleri vardır: kovalent, iyonik ve metalik bağlar gibi "güçlü bağlar" veya "birincil bağlar" ve dipol-dipol etkileşimleri, London dağılım kuvveti ve hidrojen bağı gibi "zayıf bağlar" veya "ikincil bağlar" vardır.

<span class="mw-page-title-main">Atom yarıçapı</span> Atomun çekirdeği ile elektron bulut arasındaki uzaklık

Atom yarıçapı, küre şeklinde olduğu düşünülen atomların büyüklüklerini ölçmekte kullanılan bir niceliktir. Bu nicelik bir atomun çekirdeği ile elektron bulutu arasındaki uzaklığı ifade eder.

<span class="mw-page-title-main">Denatürasyon</span>

Denatürasyon, protein veya nükleik asitlerin doğal yapısında mevcut olan sekonder, tersiyer ve kuaterner yapılarının bazı fiziksel ve kimyasal dış etkilerle bozularak primer yapılarına dönüşmeleri sürecidir. Canlı bir hücredeki proteinlerin denatüre olması, hücresel aktivitelerde bozulma ve belki de hücrenin ölümüyle sonuçlanır.

<span class="mw-page-title-main">İstiflenme</span>

Kimyada istiflenme, genelde aromatik olan moleküllerin atomlar arası etkileşerek deste şeklinde üst üst üste gelmesidir. İstiflenmiş bir sistemin en yaygın bilinen örneği DNA molekülünde birbirini takibeden bazlarda görülür. İstiflenme proteinlerde, non-polar iki halkanın örtüşmesi halinde de meydana gelir. Hangi moleküllerarası kuvvetlerin istiflenmeye neden olduğu hâlen tartışma konusudur.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler tanıma</span>

Moleküler tanıma, iki veya daha çok molekül arasında kovalent olmayan bağlanma yoluyla spesifik etkileşime değinmek için kullanılan bir terimdir. Moleküler tanımada konak ve konuk moleküler tamamlayıcılık gösterirler.

<span class="mw-page-title-main">Alfa sarmal</span>

Protein ikincil yapısında yaygın bir motif olan alfa sarmal (α-sarmal), sağ-elli burgulu bir biçimdir, omurgadaki her bir N-H grubu, kendinden dört amino asit kalıntısı gerideki omurgadaki C=O grubuna bir hidrojen bağı verir. Bu ikincil yapı bazen klasik Pauling-Corey-Branson alfa sarmalı olarak da adlandırılır. Proteinlerin lokal yapı tipleri arasında α-sarmal, en düzenli olan, diziden öngörüsü yapılması en kolay olan ve ayrıca en yaygın olandır.

<span class="mw-page-title-main">Gekkota</span> Sürüngen infra takımı

Gekkota, Antarktika hariç, her kıtada bulunan ve geniş bir dağılıma sahip, küçük ve çoğunlukla etçil keler infra takımıdır. Dünyanın her yerinde sıcak iklimlerde bulunur. Grup üyelerinin boyları 16 ile 60 cm arasında değişir.

Moleküller arası kuvvet, komşu parçacıklar arasında etkili çekim veya itme kuvvetidir. Molekülleri bir arada tutan iç kuvvetlere kıyasla daha zayıftır. Örneğin HCI moleküllerinin içinde bulunan kovalent bağ, birbirine yeterince yakın komşu moleküller arasında mevcut olan kuvvetlerden daha güçlüdür.

<span class="mw-page-title-main">Adezyon</span> fizik ile ilgili bir konu

Adezyon birbirinden farklı yüzeylerin birbirlerine yapışma eğilimi. Adezyon ve kohezyon kuvvetine sebep olan kuvvetler birkaç farklı şekilde incelenebilir. Moleküller arası kuvvetler yapışma şekillerindeki farklardan dolayı kimyasal adezyon, dağıtıcı adezyon ve difüzyon adezyon gibi kategorilere ayrılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Arieh Warshel</span>

Arieh Warshel,, Bir İsrail-Amerikalı asıllı biyokimyacı ve biyofizikçidir. Kendisi Biyolojik moleküller ile ilgilenmeye başlamıştır. Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde okumuş ve 2013 yılında Nobel ödülü kazanmıştır.

LiHe lityum ve helyumun bir bileşiği.Soğuk alçak yoğunluklu bu gaz, her biri helyum atomlarına van der Waals kuvvetleriyle bağlı moleküllerden oluşmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Lamel (yüzey anatomisi)</span>

Yüzey anatomisinde lamel, ince levha benzeri yapılardır. Genellikle lameller birbirine çok yakındır ve aralarında boşluk vardır. Solunum organı olmalarının yanı sıra, gekoların yüzeydeki besinleri süzerek beslenmesini sağlarlar.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler mekanik</span>

Moleküler mekanik moleküler sistemleri modellemek için klasik mekaniği kullanır. Born-Oppenheimer yaklaşımının geçerli olduğu varsayılır ve tüm sistemlerin potansiyel enerjisi, kuvvet alanları kullanılarak nükleer koordinatların bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Moleküler mekanik, boyutu birkaç atom büyüklüğünde olan sistemlerden tutun da milyonlarca atomdan oluşan büyük sistemlere kadar uygulanabilir.

<span class="mw-page-title-main">Yapısal biyoloji</span>

Yapısal biyoloji, biyolojinin özellikle amino asitlerden yapılmış olan proteinler, nükleotitlerden yapılmış RNA ve DNA gibi nükleik asitler ve lipitlerden oluşmuş membranlar olmak üzere biyolojik makromoleküllerin yapılarını ve uzamsal dizilişlerini inceleyen bir dalıdır. Yapısal biyoloji asıl olarak biyofizik yöntemleri ile makromoleküllerin atom düzeyinde üç boyutlu yapılarının belirlenmesi, yapısal değişikliklerinin temel prensipleri, moleküler hareketlerin analizi ve bu yapıların dinamiği ile ilgilenir. Makromoleküller hücrelerin hemen hemen tüm işlevlerini yerine getirir ve bunu da yapabilmek için belirli üç boyutlu şekillere girerler. Moleküllerin "üçüncül yapı"sı olarak adlandırılan bu yapılar her molekülün temel bileşimi ya da "birincil yapı"ları ile karmaşık bir şekilde bağlantılıdır.

Çözülme, çözücünün moleküller ile etkileşimini tanımlar. Hem iyonize hem de yüksüz moleküller, çözücü ile güçlü bir şekilde etkileşir ve bu etkileşimin gücü ve doğası, çözücünün viskozite ve yoğunluk gibi özelliklerini etkilemenin yanı sıra çözünürlük, reaktivite ve renk dahil olmak üzere çözülen maddenin birçok özelliğini etkiler. Çözülme sürecinde iyonlar eş merkezli bir çözücü kabuğu ile çevrelenir. Çözülme, çözücü ve çözünen moleküllerin çözünme kompleksleri halinde yeniden düzenlenmesi sürecidir.

Oligosakkarit, az sayıda monosakkarit içeren bir karbonhidrat polimeridir. Oligosakkaritler, hücre tanıma ve hücre bağlanması dahil olmak üzere birçok fonksiyona sahiptir. Örneğin, glikolipidler bağışıklık tepkisinde önemli bir role sahiptir.

Van der Waals yarıçapı (rw), bir atomun, başka bir atom için en yakın yaklaşım mesafesini temsil eden hayali bir sert kürenin yarıçapıdır. Adını 1910 Nobel Fizik Ödülü sahibi Johannes Diderik van der Waals'tan alır, zira atomların basit birer nokta olmadığını ilk fark eden ve van der Waals durum denklemi aracılığıyla boyutlarının fiziksel sonuçlarını gösteren odur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.