范德华力影响因素 范德华力

中学阶段学过物质有固态、液态和气态三种 。
似乎我们已经习惯了所有物质都有这三态,都可以通过加热从固态变为气态,那么类似橡胶和塑料这样的高聚物也可以吗?

范德华力影响因素  范德华力

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水可以变成气态,再变成小水珠冷凝成液态,但是壶把上的橡胶套就不行
答案是不行,因为橡胶和塑料分子间的范德华力不给他们这个自由 。在他们变成气态前就已经不能被称作高聚物了 。
为了说明范德华力不让高聚物变成气态的原因,本文将先介绍什么是范德华力和气态,再说明固态怎样才能变成气态,最后讨论为何橡胶和塑料难以实现这个相变 。
最后的最后,为了好玩儿会挑战一下这个公认的事实 。严谨起见,也会进行一些补充说明 。
本文会辅以大量生动的例子,比如拿相亲类比范德华力等,不会过多涉及量子力学等艰深内容,请放心食用 。
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Johannes Diderik van der Waals,范德华老爷子在上
范德华力必须先明确我们要研究的对象:
力力是物体与物体间的相互作用 。目前这种作用可以被分为四类:强相互作用力、弱相互作用力、引力以及电磁力 。
强力和弱力所能掌控的尺度很小,主要是质子和中子等粒子内的相互作用,比如质子中子组成原子核就是强力的结果 。
但是由于它们过于微观,在固态气态相变,物体有没有气态这件事上一般不会参与讨论 。
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β衰变过程,弱相互作用力领导
引力虽然在星宇之间起着重要作用,但是因为在微观世界中,原子核和核外电子的质量太小,这时引力小到可以忽略不计 。
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黑洞这么“黑”就是因为引力太大
电磁力就是唯一被剩下的了,简单地说,电磁力是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用 。
在化学中,对电磁力的讨论主要集中在带正电的原子核和带负电的核外电子,这点在下面的讨论中会很重要 。
电磁力是比较接地气的一种力,从DNA的转录复制到敲在屏幕上的一串串代码,可以说电磁力是主宰我们触手可及的世界的根本,在化学和生物的世界中几乎不会考虑除了电磁力以外的另外三种力 。
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兴奋的传递究其原因也是电磁力
范德华力正是电磁力的一种 。
范德华力是什么?范德华力(van der Waals force)是分子间作用力 。而共价键等是分子内作用力 。
分子内作用力负责塑造一个分子长啥样,分子间作用力负责让这些分子相互吸引搭建起来特定的结构 。
比如T细胞膜受体在对多肽的识别时就需要让多肽别太轻易溜走,范德华力此时就参与帮助受体和多肽的结合 。
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图中有很多黑色虚线,这个过程中范德华力十分重要
范德华力具体有哪些范德华力产生的原因主要有三种:取向力,诱导力和色散力 。为了方便读者理解,下面将用相亲来描述这三种相互作用 。
取向力:两个分子内正负电荷中心不重合的极性分子相互靠近后产生的相互吸引的力 。
这可以被理解为是两个都已有相亲需求(极化)的人相遇后相互吸引 。
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诱导力:非极性分子被极性分子诱导,正负电荷重新分布,非极性分子电子云重新分布,非极性分子变成极性的了,从而与极性分子相互吸引 。
放到相亲这一场景下,一个想结婚,一个被父母催着来,对寻找另一半没有任何兴趣 。但是,这个本身没有兴趣的看到对方的优秀和热情,被诱惑到了,动心了,想来一场轰轰烈烈的爱情了,被极化了 。结果就是两者相互吸引 。
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色散力:两个非极性分子的瞬间偶极矩 。因为分子内部的电子是不断“闪烁”的,而原子核是相对固定的,在不同时刻电子和原子核相对位置不同,那么分子内就会出现瞬时的极性,当两个分子的瞬时偶极矩匹配时,就会产生吸引力 。
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