Силы Ван-дер-Ваальса действуют между неполярными атомами и молекулами. Хотя они очень слабы по сравнению с химическими связями, они имеют огромное значение по своей природе. Они играют важную роль во всех процессах, касающихся сцепления, сцепления, трения или конденсации, и, например, необходимы для навыков лазания геккона.Ван-дер-ваальсовы взаимодействия возникают из-за временного перераспределения электронов в атомах и молекулах.
Это приводит к случайному образованию диполей, которые, в свою очередь, вызывают перераспределение электронов в близко расположенных молекулах. Из-за образования диполей две молекулы испытывают взаимное притяжение, которое называется ван-дер-ваальсовым взаимодействием.
Он существует только временно, но постоянно перестраивается. Отдельные силы — самые слабые связывающие силы, существующие в природе, но они складываются, чтобы достичь величин, которые мы можем очень четко воспринимать в макроскопическом масштабе — как в примере с гекконом.Фиксируется в нано-стакане
Чтобы измерить силы Ван-дер-Ваальса, ученые из Базеля использовали низкотемпературный атомно-силовой микроскоп с единственным атомом ксенона на конце. Затем они зафиксировали отдельные атомы аргона, криптона и ксенона в молекулярной сети. Эта сеть, которая самоорганизуется в определенных экспериментальных условиях, содержит так называемые наноразмерные стаканы из атомов меди, в которых атомы благородных газов удерживаются на месте, как птичье яйцо. Только с этой экспериментальной установкой можно измерить крошечные силы между наконечником микроскопа и атомом благородного газа, поскольку чистая металлическая поверхность позволяет атомам благородного газа скользить вокруг.
По сравнению с теориейИсследователи сравнили измеренные силы с расчетными значениями и отобразили их графически.
Как и ожидалось из теоретических расчетов, измеренные силы резко падали с увеличением расстояния между атомами. Хотя было хорошее соответствие между измеренными и рассчитанными формами кривых для всех проанализированных благородных газов, абсолютные измеренные силы были больше, чем ожидалось из расчетов в соответствии со стандартной моделью. Прежде всего для ксенона, измеренные силы превышают расчетные значения до двух раз.
Ученые работают над предположением, что даже в благородных газах происходит перенос заряда, и поэтому иногда образуются слабые ковалентные связи, что объясняет более высокие значения.Международная группа ученых из Швейцарии, Японии, Финляндии, Швеции и Германии использовала описанную выше экспериментальную установку для измерения наименьших сил, когда-либо обнаруженных между отдельными атомами.
При этом исследователи продемонстрировали, что они все еще могут продвигаться в новых областях, используя атомно-силовую микроскопию, которая была разработана ровно 30 лет назад.