原子鍵結與原子間作用力
凡得瓦鍵
/ van der VAALS /
即使是已經電中性、鍵也都結好的原子與分子,彼此之間仍感受到一絲淡淡的黏性,這就是壁虎能爬上玻璃、氮氣終究能被壓成液體的原因。這股微弱而普遍的吸引,就是凡得瓦鍵,一種次鍵,比主鍵弱得多,卻無所不在。
它源自電子雲一閃即逝、偶然的偏一邊。任一瞬間,一個中性原子的電子可能稍微擠向一側,產生一個瞬間的小正與小負(瞬時偶極);這一閃會誘使鄰居的電子跟著擠,兩個暫時的偶極便互相吸引。效應很弱,通常每鍵 0.01 到 0.1 eV,約為共價鍵的百分之一,而且短程,隨距離陡降(能量約 1/r^6)。越大、越鬆軟的電子雲越容易被極化,所以較重的分子黏得較強。
雖然弱,凡得瓦鍵卻做著實實在在的結構工作:它是強鍵懸空之處、把層與鏈黏起來的膠。在石墨中,碳片內部靠強共價鍵維繫,但片與片之間卻只靠凡得瓦力疊著,這正是為什麼片能輕易滑開,讓石墨能寫字、能潤滑。它疊起二維材料的片、把高分子鏈並排黏住,也把冰或固態氬這類分子晶體綁在一起。每當材料又軟、熔點又低、或能剝成一層層,就懷疑是凡得瓦鍵。
石墨是一疊強共價片,層與層之間只靠微弱的凡得瓦力維繫。用鉛筆一壓,就剪斷了這些微弱的層間鍵,把整片整片地滑到紙上,同樣的弱,也讓石墨成為好用的乾式潤滑劑。
電子雲一閃而過的偶極,給出微弱而普遍的吸引,疊起層與鏈。
凡得瓦力永遠存在,就算旁邊有強鍵也一樣;它不是共價或離子鍵的替代品,而是額外、無所不在、疊加在上面的弱吸引。只有當沒有更強的鍵跨越某個特定方向時(例如石墨層之間、而非層之內),它才主宰材料的行為。
又稱
另見