原子結構與原子間鍵結
凡得瓦鍵結
/ van der VAALS /
即使是不帶可共享電荷的原子與分子,彼此之間仍感受到一絲微弱的吸引——這正是惰性氣體能被壓成液體、壁虎能爬上玻璃的原因。這股微弱的吸引就是凡得瓦鍵結,是最溫柔的一種鍵。離子鍵、共價鍵、金屬鍵是強的主鍵,凡得瓦力則是次鍵,弱上數十倍,不來自電子的轉移或共用,而來自電子雲中微小、瞬息的不平衡。
其機制是一場瞬時偶極的舞蹈。任何原子中的電子都不停晃動,所以任一瞬間總有一側比另一側稍負一些——形成暫時偶極。這一閃動推動鄰居的電子雲反向排列,兩團歪斜的電子雲便相互吸引。這效應微弱(只有數個到約 10 kJ/mol)且作用範圍短,並且在任何原子之間都存在;帶有永久偶極的極性分子,則感受到同一種吸引更強、更穩定的版本。
儘管微弱,凡得瓦鍵結卻決定了一大類材料的行為。它正是把一條高分子鏈維繫到下一條鏈的力量:鏈內原子以強共價鍵相連,鏈間卻只有這些弱力作用。這種落差正是塑膠為何沿鏈很強、整體卻柔軟、熔點低、易彎折的原因——加熱所供的能量,早在強共價骨幹屈服之前,就足以鬆開弱的鏈間鍵。同樣的弱鍵讓石墨的片層滑動(成為潤滑劑),也讓蠟能在你手心融化。
聚乙烯(購物袋的塑膠)不過是長長的碳氫鏈,靠凡得瓦力彼此相連。這就是它熔點僅約 130 度 C 又柔軟的原因,即使每條鏈的共價骨幹都很強——弱環節在鏈與鏈之間,而非鏈內。
沿鏈強、鏈間弱:高分子的故事。
別因為每對鍵很弱就小看它:一條長高分子鏈沿途有極多凡得瓦接觸點,鏈間吸引的總和可能相當可觀,這正是為什麼較長的鏈(分子量較高)能造出更韌、熔點更高的塑膠。
又稱
另見