Tương tác van der Waals được hình thành do đâu?

Trả lời nhanh

Tương tác van der Waals được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các lưỡng cực của phân tử hoặc nguyên tử: lưỡng cực vĩnh cửu ở phân tử phân cực, hoặc lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng ở phân tử không phân cực. Đây là lực hút yếu giữa các phân tử, không phải liên kết hoá học bên trong phân tử, nên không làm thay đổi bản chất chất.

Lưỡng cực là gì?

Lưỡng cực là một hệ có hai đầu mang điện tích trái dấu: một đầu hơi dương (δ+), một đầu hơi âm (δ−). Nhiều phân tử có sẵn lưỡng cực vì các nguyên tử có độ âm điện khác nhau, như HCl hay H₂O. Nhưng ngay cả phân tử không phân cực như H₂, Cl₂, CH₄ hay khí hiếm cũng có thể xuất hiện lưỡng cực trong thời gian rất ngắn.

Cơ chế hình thành

Các electron luôn chuyển động nên tại mỗi thời điểm, đám mây electron trong phân tử có thể bị lệch sang một phía, tạo ra lưỡng cực tạm thời.
Lưỡng cực tạm thời này làm đám mây electron của phân tử bên cạnh bị lệch theo, sinh ra lưỡng cực cảm ứng.
Hai lưỡng cực trái dấu hút nhau bằng lực tĩnh điện, tạo nên tương tác van der Waals.
Ở phân tử phân cực, các lưỡng cực vĩnh cửu cũng hút nhau, cộng thêm vào lực này.

Tương tác van der Waals ảnh hưởng đến tính chất gì?

Tương tác này càng mạnh khi phân tử có nhiều electron và kích thước lớn, tức khối lượng phân tử lớn hơn. Lực hút mạnh làm chất khó tách các phân tử ra xa nhau, nên nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn.

Dãy chất	Quan sát	Giải thích
He, Ne, Ar, Kr, Xe	Nhiệt độ sôi tăng dần, khoảng −269, −246, −186, −153, −108 °C	Nguyên tử lớn hơn, dễ bị phân cực hơn nên lực hút mạnh hơn
F₂, Cl₂, Br₂, I₂	Từ khí, sang lỏng rồi rắn ở điều kiện thường	Khối lượng phân tử tăng, lực van der Waals tăng
CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀	Nhiệt độ sôi tăng khi mạch dài hơn	Diện tích tiếp xúc giữa các phân tử lớn hơn

So sánh với liên kết hoá học và liên kết hydrogen

Liên kết hoá học (cộng hoá trị, ion): mạnh, có trong phân tử, năng lượng cỡ hàng trăm kJ/mol.
Liên kết hydrogen: mạnh hơn van der Waals, chỉ có khi H nối với N, O, F và gặp nguyên tử N, O, F ở phân tử khác.
Tương tác van der Waals: yếu nhất, nhưng có mặt giữa mọi phân tử, kể cả phân tử không phân cực.

Mẹo làm câu trắc nghiệm

Khi đề hỏi “được hình thành do”, hãy tìm phương án nhắc đến lưỡng cực, hút tĩnh điện, lệch đám mây electron. Loại ngay các phương án nói về cho nhận electron (liên kết ion), dùng chung electron (liên kết cộng hoá trị) hoặc liên kết với nguyên tử H và F, O, N (liên kết hydrogen).

Lỗi sai thường gặp

Cho rằng chỉ phân tử phân cực mới có tương tác van der Waals. Thực tế phân tử không phân cực vẫn có nhờ lưỡng cực tạm thời.
Nhầm với liên kết hydrogen. Phân tử H₂S, HCl không tạo liên kết hydrogen bền như H₂O.
Nghĩ rằng lực này quyết định độ bền hoá học của phân tử. Thực ra nó chỉ ảnh hưởng đến tính chất vật lí như nhiệt độ sôi và nóng chảy.

Luyện tập

Vì sao Cl₂ là chất khí còn I₂ là chất rắn ở điều kiện thường?
Khí hiếm không có liên kết hoá học giữa các nguyên tử, vậy vì sao chúng hoá lỏng được ở nhiệt độ rất thấp?

Đáp án gợi ý:

I₂ có khối lượng phân tử và số electron lớn hơn Cl₂, nên tương tác van der Waals mạnh hơn, các phân tử giữ chặt nhau ở trạng thái rắn.
Do tương tác van der Waals giữa các nguyên tử. Khi nhiệt độ đủ thấp, chuyển động nhiệt yếu hơn lực hút này nên khí hiếm ngưng tụ thành lỏng.

Câu hỏi thường gặp

Tương tác van der Waals là gì?

Là lực hút yếu giữa các phân tử hoặc nguyên tử, sinh ra do lực hút tĩnh điện giữa các lưỡng cực tạm thời, lưỡng cực cảm ứng hoặc lưỡng cực vĩnh cửu.

Phân tử không phân cực có tương tác van der Waals không?

Có. Đám mây electron luôn dao động nên hình thành lưỡng cực tạm thời, từ đó gây ra lực hút giữa các phân tử không phân cực.

Tương tác van der Waals khác liên kết hydrogen thế nào?

Liên kết hydrogen mạnh hơn và chỉ xuất hiện khi H gắn với N, O, F. Tương tác van der Waals yếu hơn nhưng tồn tại giữa mọi loại phân tử.

Yếu tố nào làm tương tác van der Waals mạnh lên?

Khối lượng phân tử lớn hơn, nhiều electron hơn và diện tích tiếp xúc giữa các phân tử lớn hơn.