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Grundwissen

Van-der-Waals Wechselwirkungen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Van-der-Waals-Wechselwirkungen gehören zu den schwachen zwischenmolekularen Wechselwirkungen.
  • Van-der-Waals-Wechselwirkungen treten nur zwischen dem jeweiligen Molekül und den direkt benachbarten Molekülen auf.
  • Van-der-Waals-Wechselwirkungen entstehen bei polarisierbaren Elementen oder Verbindungen, die dadurch kurzzeitige induzierte Dipole darstellen.
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Christian Haberl
Abb. 1 Fuß eines Geckos an einer Glasscheibe haftend

Fliegen sind nicht für Höchstleistungen im Tierreich bekannt. Betrachtet man ihr Verhalten allerdings genauer, wird schnell ersichtlich, dass diese doch erstaunliche Fähigkeiten besitzen. Oder kannst du kopfüber an der Decke laufen? Auch an Glasscheiben findest du keinen Halt – Geckos jedoch schon. Woran liegt es, dass manchen Lebewesen keine Oberflächen zu glatt sind? Das erfährst du in diesem Artikel.

Zwischenmolekulare Wechselwirkungen treten nicht nur zwischen gleichartigen Atomen und Molekülen auf, sondern auch zwischen Molekülen unterschiedlicher Phasen oder Oberflächen. Ein besonders beeindruckendes Beispiel ist in diesem Zusammenhang die Wechselwirkung zwischen den Atomen einer Glasscheibe und den Molekülen den feinen Haare, die Geckos an den Füßen besitzen (Abb. 1).

Aglarech, Public domain, via Wikimedia Commons
Abb. 2 Schmelz- und Siedetemperaturen verschiedener Alkane, Zahl entspricht der Anzahl der Kohlenstoffatome der Kohlenstoffkette

Lediglich die schwachen Van-der-Waals Wechselwirkungen führen dazu, dass der Gecko problemlos kopfüber an glatten Oberflächen entlanglaufen kann und Halt findet.

Das funktioniert bei einem Gecko, weil er unzählige mikroskopisch feine Haare (sog. "Setae”) mit Haftlappen (sog. “Spatulae”) besitzt, die insgesamt eine sehr große Kontaktfläche und damit sehr viel Platz für zwischenmolekulare Wechselwirkungen mit sehr kurzem Abstand ermöglichen. Die wirkenden Anziehungskräfte entstehen durch die Wechselwirkungen zwischen unpolaren Molekülen.

Hervorgerufen werden diese schwachen Anziehungskräfte durch spontane Elektronenverschiebungen innerhalb eines Orbitals eines Atoms oder Moleküls. Die nur schwach auftretenden anziehenden und abstoßenden Wechselwirkungen zwischen Kern und Hülle, bzw. Hülle und Hülle bei benachbarten Molekülen bilden keinen statischen Zustand. Sie sind abhängig von der räumlichen Nähe und der Oberfläche der Moleküle. Vor allem die unterschiedlichen Siedepunkte der Alkane (Abb. 2), die sich nur in ihrer Kohlenstoffkettenlänge unterscheiden, zeigen die Auswirkungen der Van-der-Waals Wechselwirkungen beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Der Siedepunkt hängt nicht nur von der Masse, sondern auch ganz entscheidend von den zwischenmolekularen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen eines Stoffes ab.
 

Wenn von Van-der-Waals Wechselwirkungen gesprochen wird, sind meistens die London-Dispersions-Wechselwirkungen (eine Sonderform der Van-der-Waals Kräfte) gemeint. Diese beschreiben die Verschiebung der Elektronen in unpolaren Molekülen. Diese sehr schwachen Wechselwirkungen können nur auf kurzer Distanz zwischen unmittelbar benachbarten Molekülen auftreten. Deshalb werden sie bei hohen Temperaturen durch die thermische Bewegung der Moleküle bereits aufgehoben. Bei sehr großen Molekülen und überall dort, wo es große Kontaktflächen gibt, können die London-Dispersions-Wechselwirkungen aber dennoch einen nennenswerten Einfluss auf die Stoffeigenschaften haben.