La teoría de las fuerzas de Van der Waals fue propuesta por el físico de países bajos, Johannes Diderik van der Waals, en el comienzo del siglo XX razón por la cual ganaría el premio nobel de la física en 1910.
Su teoría modificó la ley de los gases ideales, para él las nociones que se tenían antes sobre estos eran precarias, lo que le motivó a estudiar más sobre el volumen de las moléculas en los gases, líquidos y a su vez sus fuerzas intermoleculares.
Estableciendo así la relación estrecha que existe entre la temperatura, presión y el volumen. Desarrollando, además, una ecuación del estado de los líquidos y los gases. A este aporte a la ciencia es lo que se le conoce hoy día como las fuerzas de Van der Waals.
Dichas fuerzas son las que hacen posible muchos de los fenómenos químicos y físicos, como el rozamiento, la tensión superficial, la viscosidad, adhesión y la difusión.
Es por eso que, en este artículo desentrañaremos esta teoría de las fuerzas de Van der Waals a fondo, para que sepas todo de este increíble aporte a la humanidad.
Definición de las fuerzas de Van der Waals
Las fuerzas de Van der Waals se refieren a las fuerzas atractivas o repulsivas que provocan la estabilización de la molécula, pues estas garantizan su unión. Es importante recordar que, las moléculas poseen energía y se encuentran siempre en movimiento.
Esta fuerza de repulsión y atracción, tiene lugar debido a que los electrones de las moléculas tienen una carga positiva y negativa, entrando en juego las leyes de atracción, donde polos opuestos son atraídos y polos iguales se repelen.
En otra serie de ideas, podemos decir que, las fuerzas de Van der Waals son la suma de la fuerza de repulsión y atracción entre los átomos y las moléculas.
Dichas fuerzas se caracterizan por ser débiles, tanto así que no se le considera un enlace, como el iónico o el covalente, es justo por eso que solo es considerada una atracción.
¿Cómo funcionan las fuerzas de Van der Waals?
En primer lugar, para la mejor comprensión de esta fuerza, es necesario entender que toda sustancia química está formada por moléculas, a su vez estas moléculas están formadas por átomos, que se encuentran unidos entre sí por medio de enlaces químicos como el iónico, covalente o metálico.
Anteriormente, se pensaba que las fuerzas de Van der Waals no ejercían ningún dominio sobre las moléculas, por lo que estas estarían moviéndose de forma libre, lo que significa que su estado siempre sería gaseoso.
Hoy día sabemos que eso no es cierto, debido a que esta fuerza también ejerce su dominio en distintas moléculas en diferentes estados, como el sólido y líquido, por lo que siempre existirá una atracción en varias regiones de las moléculas.
Gracias a las fuerzas de Van der Waals se puede explicar fenómenos como: La adhesión, la tensión superficial, adhesión y la viscosidad.
Para dar un ejemplo más preciso, esta nos ayuda a explicar porque la nafta es un líquido, el polietileno un sólido y el metano un gas, esta teoría ha ayudado a definir muchos compuestos químicos orgánicos.
Para una mayor compresión de los tipos de fuerzas de Van der Waals es imprescindible saber sobre las moléculas polares y no polares.
Moléculas polares
Estas moléculas se encuentran formadas por átomos que poseen una gran diferencia en electronegatividad, formando así moléculas polares. Sin embargo, la carga eléctrica de estas moléculas es neutra por tener un número similar de partículas negativas y positivas.
Es por ello que, el átomo con mayor carga de electronegatividad atrae a los electrones, lo que le da una densidad de carga negativa. De este mismo modo, el átomo que posee una menor electronegatividad quedará con una carga positiva.
De esta forma, esta distribución ocasiona la formación de un dipolo, es decir, la formación de dos cargas de signos opuestos pero que poseen similar magnitud.
Moléculas no polares o apolares
Estas moléculas están formadas por átomos que poseen una similar carga de electronegatividad, esto ocasiona que todos los electrones del enlace se atraigan de la misma manera.
Esto quiere decir que, en las moléculas no polares, no existen zonas de carga eléctrica separadas, pues hay un equilibrio entre las moléculas formando un polo equilibrado.
Tipos de fuerzas de Van der Waals
Para complementar la información anterior, procedo a explicarte sobre los tres tipos de fuerzas Van der Waals que pueden presentar entre las moléculas:
Interacción dipolo-dipolo
Esta se produce cuando dos moléculas que tienen el mismo polo se aproximan, por lo que se genera una atracción entre sus polos opuestos. La atracción de estas moléculas suele ser más intensa cuando existe mayor polarización entre sus moléculas.
Interacción iónica
En este caso, esta se produce cuando una molécula polar se aproxima a otra apolar, produciendo así una atracción intermolecular.
De esta forma, dichas interacciones se tienen a un nivel diminuto entre las moléculas, para ser específicos, se lleva a cabo entre el catión-anión. Asimismo, estas moléculas con distintas cargas se unen mediante una unión electrostática.
Fuerza London o dispersión
Por último, la dispersión sucede cuando se produce un movimiento de los electrones en las moléculas lo que genera dipolos transitorios, provocando una ligera atracción entre ellas.
Conjuntamente, su atracción es instantánea, por lo que esta desaparece por poco tiempo, esto es debido a que la molécula se encuentra en constante movimiento.
Como hemos visto en todo este recorrido, los estudios de este científico de países bajos significaron un gran avance para la compresión de los elementos químicos y físicos, abriéndole el camino a otros campos que nacerían luego de su propuesta, como la termodinámica o la física nuclear.
Las fuerzas de Van der Waals, como en su tesis se refiere, trata de como las moléculas y átomos se reagrupan según la carga contenidas en ellas, pues estas están sometidas a la ley de atracción. A pesar de que la fuerza que pesa sobre su unión es leve, es inevitable para ellas escapar de esta acción.
Lo que permitió la explicación de cómo algunos elementos como químicos, líquidos y gases tienen su estructura como la conocemos hoy día.
