Van-der-Waals-Kräfte

Die schwächste, nicht-kovalente Wechselwirkung zwischen Atomen und Molekülen sind die Kräfte nach van der Waals – benannt nach dem Physiker namens Johannes Diderik van der Waals aus den Niederlanden. Die Kräfte nach van der Waals nehmen bei kugelförmigen Teilchen mit der sechsten Potenz des Abstands der Teilchen untereinander ab. Während hier auch gerne die Dipol-Dipol-Kräfte zwischen Molekülen, die einen permanenten Dipol ausbilden, auch als „Keesom-Wechselwirkung“ bekannt, genannt werden kann, wollen wir diese gesondert betrachten.


Die Van-der-Waals-Kraft als solche beschreibt die Dispersionswechselwirkungen, die zwischen zwei polarisierbaren Atomen oder Molekülen auftritt. Diese wird auch gerne als „Londonsche Dispersionswechselwirkung“ oder als „London-Kräfte“ zwischen den Molekülen bezeichnet. Die London Kräfte gelten also als dominierende Form der Kräfte nach van der Waals.
Der Vollständigkeit halber kann hier noch eine Mischform der London-Kräfte und der Keesom-Wechselwirkung genannt werden. Die so genannte Debye-Wechselwirkung wirkt zwischen einem dauerhaften Dipol-Molekül und einem polarisierbaren Atom oder Molekül.

Wie entstehen Van-der-Waals-Wechselwirkungen?

Doch gehen wir nun genauer auf die Van der Waals Kräfte zwischen Molekülen und Atomen ein und beleuchten wie diese entstehen. Elektronen innerhalb eines unpolaren Atoms oder Moleküls können sich in bestimmten Grenzen bewegen und ihre Antreffwahrscheinlichkeit ist nicht konstant. Durch diese sich ständig ändernde Ladungsverteilung in der Elektronenhülle kann ein zunächst unpolares Molekül oder Atom plötzlich zu einem temporären Dipol werden. Dies geschieht, wenn der Schwerpunkt der negativen Ladung durch die konzentrierte Verteilung der Elektronen in einem Bereich vom Schwerpunkt der positiven Ladung räumlich getrennt ist. Es bilden sich also kurzzeitig ein lokaler, positiver und negativer Pol im Teilchen.
Treffen nun zwei temporär polarisierte Teilchen aufeinander und richten sich aufeinander aus, also der negative Teil von Teilchen A zum positiven Teil des Teilchens B, so bildet sich eine Anziehungskraft zwischen ihnen aus – die van-der-Waals-Kraft.

Es gibt hier noch ein weiteres Phänomen, welches die Ausbildung von van-der-Waals-Wechselwirkungen begünstigt. Wenn sich beispielsweise ein Teilchen A mit der ausgeprägt negativen Seite einem Teilchen B nähert, so werden die Elektronen des Teilchens B von diesem lokalen Minuspol des Teilchens A abgestoßen. Dies hat einen Pluspol beim Teilchen B zur Folge, welcher dem lokalen Minuspol des Teilchens A zugewandt ist – es wird also vom temporären Dipol des Teilchens A beim Nachbarmolekül ein Pluspol influiert. Dieser Vorgang wird daher auch Influenz genannt. So kann es nun wiederum zu einer van-der-Waals-Anziehung zwischen dem nun influierten Dipol und dem ursprünglichen temporären Dipol kommen.