반데르발스힘이 무엇인가요?

반데르발스힘이란 기체, 액화 또는 승화된 기체, 그리고 대부분의 유기화합물의 액체와 고체 등에서 중성인 분자들을 서로 끌어당기는 상대적으로 약한 전기력이다. 반데르발스 힘으로 결합된 고체들은 보다 강한 이온결합·공유결합·금속결합으로 이루어진 고체들보다 부드럽고 더 낮은 온도에서 녹는 특징을 가졌다.

반데르발스힘은 다음과 같은 세 종류의 힘으로 세분화 할 수 있다.

: 영구 쌍극자-영구 쌍극자 힘

: 영구 쌍극자-유도 쌍극자 힘

: 유도 쌍극자-유도 쌍극자 힘 (런던 분산력)

반데르발스힘은 다양한 분야에서 기초적인 역할을 하는데 유기화합물의 화학적 성질, 용해도 등을 결정한다. 이 힘은 물질의 분자량이 클수록 커진다.

해설 및 핵심용어정리

반데르발스힘(혹은 반데르발스 상호작용)은 공유결합이나 이온으로 인한 원자 간의 전기적 상호작용이라기보다는 분자 간(또는 한 분자 내에서 부분 간)의 인력이나 척력을 말한다. 무극성 분자에서 전자의 운동으로 순간적인 쌍극자가 형성되면 그 옆의 분자도 일시적인 편극이 일어나서 유발 쌍극자가 생성된다. 이런 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자의 인력을 반데르발스힘이라고 한다. 1873년 이상기체가 아닌 실제 기체들의 특성을 설명하는 이론을 개발할 때 이 같은 분자간 힘을 처음으로 가정했던 네덜란드 물리학자 요하네스 반데르발스의 이름을 따서 반데르발스 힘이라 부른다.

분자들 사이에 존재하는 인력의 본질을 정확히 기술하기 위해서는 양자역학이 필요한데, 폴란드 태생 물리학자 프리츠 볼프강 론돈이 분자 내의 전자들의 운동을 조사하다가 1930년 처음으로 이를 밝혀냈다. 론돈은 어떤 순간에 전자들의 음전하의 중심과 원자핵의 양전하의 중심이 일치하지 않기가 쉽다고 지적했다. 그 결과 전자들의 요동은 분자를 시간에 따라 변하는 쌍극자가 되도록 만들어주는데, 이 순간적인 편극을 거시적 주기에 걸쳐서 평균하면 0이 된다. 따라서 시간에 따라 변하는 쌍극자, 즉 순간적인 쌍극자들은 금방 방향이 바뀌는 등 계속 달라지므로 실제로 존재하는 인력을 설명할 수 있는 형태로 정렬할 수는 없다. 그러나 이들은 인접한 분자들에 적절하게 정렬된 편극을 유도해 결국 인력을 유발시킨다. 분자 내에서 전자들의 요동으로 인해 일어나는 이런 특정한 상호작용, 즉 힘들(론돈 힘 또는 분산력이라고 알려져 있음)은 심지어 영구적인 극성분자들 사이에도 존재하며, 보통은 반데르발스 힘에 기여하는 3가지 요소들 중 가장 큰 부분을 이룬다.