Forţele Van der Waals dintre atomi au fost măsurate pentru prima dată

Oamenii de știință au reușit să măsoare, pentru prima dată, intensitatea forțelor Van der Waals dintre atomi.

Atomii unui gaz nobil, care au fost depuşi pe o rețea moleculară, sunt inspectaţi cu vârful unui ac care conţine un atom de Xe. Măsurătorile furnizează informații despre forțele Van der Waals dintre acești atomi. Credit: University of Basel.

Deşi forțele Van der Waals sunt foarte slabe, interacțiunile de acest tip guvernează procesele de condensare și de agregare ale materiei la nivel atomic și molecular.

Interacţiunile Van der Waals apar din cauza unei redistribuiri temporare a electronilor în atomi și molecule. Acest lucru conduce la formarea ocazională a dipolilor electrici, care, la rândul lor, induc o redistribuire a electronilor în moleculele învecinate.

Datorită formării dipolilor, între două molecule apare o atracție reciprocă care este denumită interacţiune Van der Waals. Deşi aceasta este temporară, ea se manifestă în mod repetat.

Chiar dacă forţele individuale dintre molecule se numără printre cele mai slabe forțe de legătură care există în natură, efectul lor se poate acumula, astfel încât forţele Van der Waal pot fi măsurate la o scară macroscopică. Pentru aceasta, o echipă de fizicieni condusă de University of Basel și Aalto University a folosit un microscop de forță atomică având un singur atom de xenon (Xe) în vârful acului de măsură.

Oamenii de ştiinţă au fixat apoi atomi de argon (Ar), kripton (Kr) și xenon (Xe) într-o rețea moleculară formată din atomi de cupru. Numai astfel s-a putut măsura forța foarte slabă dintre vârful acului microscopului de forţă atomică și un atom de gaz nobil, deoarece suprafața unui metal pur le permite atomilor de gaz nobil să alunece.

„Noi am măsurat interacţiunile Van der Waals dintre perechile de atomi ale unor gaze nobile Ar-Xe, Kr-Xe și Xe-Xe cu vârful unui ac al unui microscop de forţă atomică care conţinea un singur atom de Xe”, au declarat fizicienii.

Cercetătorii au descoperit că intensitatea forţelor Van der Waals dintre perechile de atomi se măreşte în ordinea: Xe-Xe> Kr-Xe>Ar-Xe.

„Pe baza măsurării forţelor Van der Waals s-a determinat potenţialul electric pentru perechile de atomi Xe-Ar, Xe-Kr și Xe-Xe. Valorile obţinute au fost de 18,1, 26,1 și 35,9 meV, ceea ce este în acord cu variaţia la care ne aşteptam”, au declarat cercetătorii.

„Pentru interacțiunea Xe-Xe am identificat o abatere de la legea de tip putere ce caracterizează variaţia forţei Van der Waals, pe care o interpretăm ca un efect al legăturii covalente dintre atomii de Xe. Aceasta este mai puternică în acest caz”.

Cercetătorii presupun că apare un transfer de sarcină electrică, chiar și în cazul gazelor nobile, astfel încât se formează ocazional legături covalente slabe care ar explica valorile mai mari obținute experimental.

Rezultatele cercetătorilor au fost publicate în data de 13 mai 2016 în revista Nature Communications.

Sursă: Sci-News