반데르발스 힘은 어떤 상황에서 중요한 역할을 하며, 물질의 물리적 성질에 어떻게 기여하나요?

Question

안녕하세요. 극성 분자이던 비극성 분자이던 반데르발스 힘은 항상 존재한다고 하던데요, 반데르발스 힘은 어떤 상황에서 중요한 역할을 하며, 물질의 물리적 성질에 어떻게 기여하나요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 극성분자와 비극성분자는 둘 다 반데르발스 힘이 작용하는데요, 크기는 공유 결합이나 이온 결합에 비해 훨씬 작지만, 분자의 성질이 모이면 무시할 수 없을 만큼 큰 효과를 발휘합니다.

반데르발스 힘은 크게 세 가지로 나눌 수 있는데요 쌍극자–쌍극자 상호작용은 극성 분자 간에 영구 쌍극자가 끌어당기는 힘이며, 쌍극자–유도 쌍극자 상호작용은 극성 분자가 비극성 분자에 순간적으로 쌍극자를 유도해서 끌어당기는 힘이고 분산력(런던 힘)은 전자의 순간적인 위치 변화로 생기는 순간 쌍극자들끼리 끌어당기는 힘, 모든 분자에서 나타나며 비극성 분자에서는 유일한 인력입니다.

또한 이와 같은 반데르발스 힘은 특히 비극성 분자의 응집에 중요한 역할을 하는데요, 헬륨, 네온, 아르곤 같은 비활성 기체도 아주 낮은 온도에서 액화·고화될 수 있는데, 이는 전적으로 분산력 덕분입니다. 또한 분자량이 큰 분자의 끓는점 상승에도 중요한 역할을 하는데요, 분자가 클수록 전자가 많아 순간적인 쌍극자가 잘 생기므로 분산력이 강해지고, 끓는점이 올라갑니다. 예를 들어 메탄(CH₄)보다 옥탄(C₈H₁₈)의 끓는점이 훨씬 높은 이유입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

반데르발스포스는 분자간의 작용하는 인력으로 극성 분자이건 비극성 분자이건 항상 존재하는 힘입니다. 공유결합이나 이온결합 보다는 약하지만 이런 강한 결합이 없는 물질들에서 반데르발스 포스는 중요한 역할을 합니다.

질소 N2 같은 경우가 비극성분자인데 안정된 상태입니다. 하지만 질소간의 반데르발스 포스의 힘에 의해 응집하여 액체나 고체상태로 존재할 수 있습니다.

물리적 성질이라면 끓는점과 관련이 있는데 이러란 반데르발스 포스가 강할수록 분자간의 거리를 떼어내는데 더 많은 에너지가 필요해져서 끓는점과 녹는점이 커지게 됩니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)