Le Forze di attrazione di Van der Waals sono forze di interazione relativamente deboli che uniscono le molecole neutre in quasi tutti i composti organici liquidi e solidi.
La natura di queste interazioni tra le molecole fu individuata dallo scienziato olandese J.D. van der Waals, al quale per questa scoperta fu attribuito il premio Nobel nel 1910. Il suo lavoro fu proseguito dallo scienziato tedesco F. London che giunse a formulare una legge che descrive queste forze, per tale motivo vengono anche chiamate forze di dispersione di London.
Per capire la natura di queste forze di attrazione prendendo in considerazione, per esempio, la molecola di anidride carbonica. Rappresentiamo la molecola con la formula di Lewis e mettiamo anche in evidenza la distribuzione delle cariche.
Notiamo che la molecola è simmetrica perché, rispetto al piano P le due parti sono l’una l’immagine speculare dell’altra. La distribuzione degli elettroni intorno ai nuclei è uniforme (simmetrica), in quanto gli elettroni sono attratti con la stessa forza. Il risultato è una molecola in cui la carica elettrica negativa è uniformemente distribuita rispetto al baricentro delle cariche elettriche positive.
In generale, una molecola che non presenta polarità elettriche evidenti è una molecola apolare.
Sappiamo che gli elettroni, anche se statisticamente distribuiti in modo uniforme, sono in continuo movimento. Quando, in un dato istante, gli elettroni si trovano casualmente più addensati in un lato della molecola, la distribuzione delle cariche non risulta più uniforme. La molecola si trova ad avere due poli elettrici istantanei (dipolo indotto): un polo negativo dalla parte in cui si sono addensati gli elettroni ed un altro positivo dove le cariche del nucleo non sono perfettamente neutralizzate dalle cariche degli elettroni.
La molecola risulta polarizzata e può essere rappresentata come in figura sottostante.
Questa molecola, che in quel dato istante diviene un dipolo elettrico, influenza le molecole vicine, che diventano temporaneamente anch’esse dei dipoli elettrici.
Questi dipoli elettrici istantanei si attirano vicendevolmente, ma le loro attrazioni diventano significative solo quando le molecole sono molto vicine, cioè quando le sostanze si trovano allo stato liquido o allo stato solido.
In generale, si chiamano forze di van der Waals o forze di dispersione di London o interazioni dipolo indotto-dipolo indotto le attrazioni di natura elettrica che si hanno tra le molecole apolari, quando le sostanze si trovano negli stati condensati.
L’origine di queste forze è legata alla, possibilità degli elettroni di muoversi per creare i dipoli elettrici. E ragionevole quindi pensare che quanto più le molecole sono grosse tanto più gli elettroni sono numerosi e distanti dai nuclei: essi possono muoversi quindi più liberamente e favorire la polarizzazione delle molecole. Perciò la formazione di dipoli istantanei è più facile nelle molecole formate da atomi con numero atomico elevato. E ragionevole quindi affermare che l’intensità delle forze di van der Waals aumenta con l’aumentare delle dimensioni delle molecole apolari. La conseguenza macroscopica più evidente è rappresentata dai valori delle temperature di fusione e di ebollizione: se aumenta l’intensità delle forze di attrazione tra le molecole, aumentano anche la temperatura di fusione e quella di ebollizione.
