Van der Waals kuvveti tarafından çözülen bulmacalar

Yüksüz moleküller arasındaki çekicilik beklenenden daha fazla

Araştırmacılar van der Waals kuvvetini, parçacıklar arasında değil, dalgalar arasındaki bir etkileşim olarak tanımladılar. © Fritz Haber MPG Enstitüsü
Yüksek sesle okuma

Van der Waals, atomlar ve moleküller arasında hareket eden kuvvet beklenenden daha güçlüdür. Menzili, bir nanometre yerine 100 nanometreye kadar çıkabiliyor. Bu, fizikçiler tarafından ilk kez klasik modeller yerine kuantum mekaniği dalga fonksiyonlarını kullanarak kuvveti hesapladıklarında keşfedildi. Bilim dergisinde yayımlanan bulguları, şimdiye kadar yapılan ölçümler ve modeller arasındaki esrarengiz farklılıkları netleştiriyor.

{1l}

Van der Waals kuvvetleri belirli bir sıcaklığın altındaki gazların sıvılar oluşturmak için yoğunlaştığından emin olunmasını sağlar. Yapıştırıcı gücünü tutkal verir ve bir kertenkelenin duvara asılmasını sağlarlar. Parçacıklar arasında hareket eden bu elektrostatik kuvvetler, kutupsal moleküller arasında, aynı zamanda elektriksel olarak nötr atomlar ve metan gibi moleküller arasında da etki eder. Bu çalışır çünkü elektronlar atomların kabuğunda geçici olarak kayar, böylece molekülü kolayca polarize ederler.

Van der Waals kuvvetleri uzun zamandır bilinmesine rağmen, fiziksel ve matematiksel açıklamalarında bir sorun var: nimtm'ye göre klasik modele göre, tek atomlar arasında etki eden bu kuvvet mesafenin yedinci gücü ile azalmaktadır. Bu, bu çekimin sadece bir nanometre genişliğinde olması gerektiği anlamına gelir.

Parçacıklar yerine dalgalar

Neden böyle, Berlin'deki Max Planck Derneği Fritz Haber Enstitüsünden Alberto Ambrosetti ve meslektaşları şimdi ilk kez teorik nedenleri var. Hesaplamaları ilk kez bir kuantum mekanik modeline dayanıyor. ekran

Pelerin: Fizikçiler, elektronların atom çekirdeği etrafındaki hareketini kuantum fiziğinde olduğu gibi dalga fonksiyonları olarak görüyorlardı. Van der Waals kuvveti, onları bu iki komşu atomdaki bu dalgaların etkileşimi olarak yorumluyor. "İki molekül veya nanoyapı birbirine yaklaşırken, dalgalar, yani ilgili elektron salınımları birbirleriyle etkileşime giriyor" diye açıklıyor Fritz-Haber'den yazar Alexandre Tkatchenko -Institut.

100 nanometreye kadar genişlik

Yeni hesaplamalar van der Waals kuvvetinin gerçekte önceden tahmin edilenden çok daha yavaş bir şekilde azaldığını göstermektedir. Tkatchenko, "Bu cazibe 100 nanometreye kadar çalışıyor" diyor. Bir başka yeni içgörü: Düşme derecesi hiçbir şekilde sabit değildir, ancak sırayla mesafeye göre değişir.

Araştırmacılar, modelleri için iki düzlemsel grafen katmanı arasında kuvvet yapan diğer şeylerin yanı sıra, karbon nanotüplerinin ne kadar güçlü çektiklerini ve bir karbon atomu zinciri ile bir protein molekülü arasındaki çekiciliği ne kadar güçlü bulduğunu hesapladılar. olduğunu. Elde ettiği sonuçlar, diğer araştırmacıların deneysel bulguları ile de aynı fikirdeydi.

Birçok uygulama için anlam

Bilim insanlarına göre bu, van der Waals etkileşiminin tanımındaki gerçek bir paradigma değişikliğidir. Bununla birlikte, yeni bulgular yapışkanlı araştırma veya malzeme teknolojisi gibi özel uygulamalar için de büyük önem taşımaktadır.

Tkatchenko, “Uçağa binin: bugünün bileşenleri giderek polimer malzemelere dayanıyor” diye açıklıyor. "Tek tek polimer moleküllerinin katılaşma üzerine bir araya gelme şekilleri büyük ölçüde van der Waals aralarında etkili olan kuvvetler tarafından belirlenmektedir." Ayrıca farmasötik endüstrisindeki ilaç geliştiricileri için Van der Waals kuvvetlerinin daha iyi bir açıklaması yardımcı olabilir. Çünkü bir ilaç molekülünün organizmadaki bir hedef yapıya ne kadar iyi bağlandığına karar verirler. (Science, 2016; doi: 10.1126 / bilim.aae0509)

(Max Planck Topluluğu, 11.03.2016 - NPO)