반데르발스 힘 문서 원본 보기

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[[파일:RainDrops1.jpg|섬네일|260x260픽셀|처마에서 떨어지는 물방울. [[표면 장력]], [[응집력]], 반데르발스 힘이 복합적으로 작용한다.]]
'''반데르발스 힘'''({{lang|en|van der Waals force}})은 [[물리화학]]에서, [[공유결합]]이나 [[이온]]의 [[전기적 상호작용]]이 아닌 [[분자]]간, 혹은 한 분자 내의 부분 간의 인력이나 척력을 말한다.<ref>{{GoldBookRef | file=V06597 |제목=van der Waals forces | year=1994}}</ref> 즉,무극성 분자에서 전자의 운동으로 순간적인 쌍극자가 형성되면 그 옆의 분자도 일시적인 편극이 일어나서 [[유발 쌍극자]](또는 유도 쌍극자)가 생성된다. 이런 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자의 인력을 반데르발스 힘이라고 한다. [[요하너스 디데릭 판데르발스|요하너스 디데릭 반데르발스]]의 이름에서 유래하였다. 규범 표기는 ‘반데르발스 방정식’이다.

이 용어는 다음의 뜻을 모두 포함한다.
* [[영구 쌍극자]]-영구 쌍극자 힘 (키솜 상호작용)
* 영구 쌍극자-유도 쌍극자 힘 (디바이 상호작용)
* 유도 쌍극자-유도 쌍극자 힘 ('''[[런던 분산력]]''')

가끔 부정확하게 '모든 분자간 힘'의 뜻으로 사용되기도 한다. 반데르발스 힘은 보통 화학결합에 비해 상대적으로 약하지만 분자간 상호작용에 관여하므로 [[초분자화학]], [[구조생물학]], [[고분자과학]], [[나노기술]], [[표면과학]], [[응집물질물리학]] 같은 다양한 분야에서 사용된다.

반데르발스 힘은 [[유기화합물]]의 화학적 성질이나 [[용해도]]를 결정하는 요소로 사용된다. 이를테면 작은 크기의 [[알코올]] 분자에선 [[하이드록시기]]가 갖는 [[극성]]이 약한 분자간 힘(반데르발스 힘)을 결정한다. 큰 크기의 알코올에서는 비극성인 탄화수소 사슬이 분자의 성질과 용해도를 결정한다. 반데르발스 힘의 크기와 관련된 요소로서 [[분자량]], 분자의 모양, 분자 내 극성의 유무 등을 예로 들 수 있다.

== 정의 ==
반데르발스 힘은 원자, 분자, 그리고 표면간의 인력을 포함한다. 반데르발스 힘이 근처의 입자에 의한 편극에 의해 발생되기 때문에 [[전자]]의 공유에 의한 [[공유결합]]이나 전자의 과부족에 의한 [[이온결합]]과는 다르다.

[[분자간 힘]]은 네 가지 주요 원인이 있다. 대개 분자간 [[위치 에너지]]는 서로 가까이 다가가면 작용하여 분자의 붕괴를 막는 반발 성분과 세 가지 요인으로 이루어진 인력 성분을 갖는다.

# 전하(이온의 경우), [[전기 쌍극자|쌍극자]](반전 중심이 없는 분자의 경우), [[다중극 전개|사중극자]](입방체보다 대칭성이 떨어지는 모든 분자), 그리고 일반적으로 영구적 다중극 간의 [[정전기]]적 상호작용. 정전기적 상호작용은 가끔 [[윌렘 헨드릭 키솜]]의 이름을 따서 [[키솜 상호작용]] 혹은 키솜 힘이라 불린다.
# 인력의 두 번째 원인은 한 분자의 영구적 다중극과 다른 분자의 유도된 다중극 간의 상호작용인 분극화현상이다. 이 상호작용은 [[피터 J.W. 디바이]]의 이름을 딴 [[디바이]]라는 단위로 측정되기도 한다.

== 반데르발스 방정식 ==
[[이상기체방정식]]에 의해 이상적인 기체의 압력(P)와 부피(V)에서 다음이 성립한다.
:<math>P \cdot V = nRT</math>
[[반데르발스 상태 방정식]]으로부터 압력(P)와 부피(V)에 각각 보정 값을 가하면 다음과 같은 식이 도출된다.
:<math>\left(P + a {{n^2}\over{V^2}} \right) \left( V-nb \right) = nRT</math>
여기서 <math>P</math>는 유체의 [[압력]]이고, <math>V</math>는 유체의 부피이며,
<math>n</math>는 유체에서 분자나 원자 단위의 [[몰]]이며,
<math>T</math>는 유체의 [[절대 온도]], <math>R</math>은 [[기체 상수]]이다.

<math>a</math>와 <math>b</math>는 물질의 특성에 따라 다른 매개변수인데, 대략 <math>a</math>는 분자 사이의 상호작용의 세기를, <math>b</math>는 유체를 이루는 입자가 차지하는 부피를 나타낸다고 볼 수 있다.
:<math> P={{nRT}\over{(V-nb)}} - a \left({{n}\over{v}}\right)^2 </math>

== 반데르발스 상수들 ==
실측값(예시)
{| class="wikitable"
|-
| 예시 || a 값<math>\left({{L}\over{mol}} \right)^2</math> || b값 <math>\left({{L}\over{mol}} \right)</math>
|-
| H<sub>2</sub> || 0.244 || 0.0265
|-
| O<sub>2</sub> || 1.361 || 0.0318
|-
| H<sub>2</sub>O || 5.464 || 0.0305
|}

== 같이 보기 ==
* [[전기 쌍극자]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 ==
* Iver Brevik, V. N. Marachevsky, Kimball A. Milton, ''Identity of the van der Waals Force and the Casimir Effect and the Irrelevance of these Phenomena to Sonoluminescence'', [http://arxiv.org/abs/hep-th/9901011 hep-th/9901011]
* I. D. Dzyaloshinskii, E. M. Lifshitz, and L. P. Pitaevskii, ''Usp. Fiz. Nauk'' '''73''', 381 (1961)
** English translation: ''Soviet Phys. Usp.'' '''4''', 153 (1961)
* L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media, Pergamon, Oxford, 1960, pp.&nbsp;368–376.
* Mark Lefers, "''[http://www.biochem.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-V/Van_der_Waals_force.html Van der Waals dispersion force] {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20100829215456/http://www.biochem.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-V/Van_der_Waals_force.html}}''". Holmgren Lab.
* E. M. Lifshitz, ''Zh. Eksp. Teor. Fiz.'' '''29''', 894 (1955)
** English translation: ''Soviet Phys. JETP'' '''2''', 73 (1956)
* Western Oregon University's "''[http://www.wou.edu/las/physci/ch334/lecture/intermol/london.htm London force]''". [http://www.wou.edu/las/physci/ch334/lecture/intermol/ Intermolecular Forces]. (animation)
* J. Lyklema, Fundamentals of Interface and Colloid Science, page 4.43
* (물리의 이해 -경상대학교 자연과학대학 물리학과 , 정기수) http://physica.gsnu.ac.kr/ {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20220128103345/http://physica.gsnu.ac.kr/}}

== 외부 링크 ==
* [http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/liquids/faq/h-bonding-vs-london-forces.shtml Senese, Fred (1999). "What are van der Waals forces?".]

{{화학 결합}}

{{전거 통제}}

[[분류:화학 결합]]
[[분류:분자간 힘]]
[[분류:요하너스 디데릭 판데르발스]]