Forza di van der Waals

Le forze di van der Waals, chiamate così in onore del fisico, che ne formulò la legge per modellizzarle nel 1873,^[1][2] sono forze attrattive o repulsive tra molecole. Il termine "forza di van der Waals" include tre tipi diversi di interazioni intermolecolari:^[3]

• forza dipolo permanente-dipolo permanente (o interazione di Keesom);
• forza dipolo permanente-dipolo indotto (o forza di Debye);
• forza dipolo istantaneo-dipolo indotto (o forza di dispersione di London).

Le forze di van der Waals sono classificate tra le forze intermolecolari, che includono anche il legame ione-dipolo e legame ad alogeno. Il legame a idrogeno è la più intensa delle forze di Keesom, pertanto viene generalmente considerato a parte, pur rientrando in questa categoria.

Sebbene le forze di van der Waals siano relativamente deboli comparate ai legami chimici normali tra atomi,^[2] hanno un ruolo fondamentale in diversi campi scientifici come in chimica supramolecolare, biologia strutturale, nanotecnologia, scienza delle superfici o in fisica della materia condensata. Le forze di van der Waals differiscono dal legame covalente e ionico in quanto dipendono dalle fluttuazioni nella distribuzione delle cariche nelle molecole; si tratta di forze attrattive a lungo raggio e repulsive a corto raggio.

Tutte le forze di van der Waals presentano anisotropia, ciò significa che dipendono dall'orientamento relativo delle molecole. Le interazioni di induzione (forza di Debye) e dispersione (forza di London) sono sempre attrattive, indipendentemente dall'orientamento, tuttavia le interazioni elettrostatiche (forza di Keesom) cambiano segno con la rotazione delle molecole; di conseguenza, la forza elettrostatica può essere di repulsione o attrazione. Quando le molecole presentano movimento termico, come quando si trovano in stato gassoso o liquido, la forza elettrostatica si riduce in modo significativo, poiché le molecole ruotano continuamente.