凡得瓦爾吸引力(van der Waals attraction)
/ van der VAHLS /
任何兩塊物質彼此之間都感受到一股微弱而普遍的相吸,即使它們不帶淨電荷也一樣。它源自內部的電子,電子從不完全靜止:任一瞬間某個原子的電子雲會稍微偏向一邊,形成一個轉瞬即逝的微小偶極,這偶極又把鄰近原子的電子雲拉得同向,於是兩者同步閃動而相吸。把這種閃動加總到兩個陶瓷顆粒中數以兆計的原子上,就得到凡得瓦爾吸引力——它正是細粉會結塊、灰塵會黏牆、懸浮液擱著就容易黏成一團的原因。
對兩個顆粒而言,距離越近,這股拉力急遽增強。對兩個半徑 R、相隔小縫隙 D 的等大球,吸引能大約是 V_A = -(A times R) / (12 times D),其中 A 是哈梅克常數(Hamaker constant)——一種材料性質,氧化物隔著水時通常約 10^-20 到 10^-19 焦耳。負號代表吸引;1/D 說明當縫隙縮向原子接觸時,拉力(在此理想化形式下)飆向負無窮大。接觸處那口深井就是主極小(primary minimum):兩顆粒一旦在此貼上,普通攪拌再也拉不開它們。關鍵是,凡得瓦爾吸引力永遠存在、無法關閉——顆粒之間的介質只能削弱它(水把它降到比在空氣中更低,但永遠不到零)。
這股無所不在的單一吸引力,正是整個領域所針對的反派。若無人對抗,它會把漿料絮凝成塊、夾帶空氣、毀掉生坯的均勻性。你無法移除它,於是只能用斥力壓過它——不是靜電(讓顆粒帶同號電荷),就是立體(在其表面裹上高分子)。DLVO 理論正是凡得瓦爾吸引力對靜電斥力的一本帳,而你加的每一種分散劑,本質上都是讓顆粒保持夠遠、使這股吸引力維持微弱的辦法。
兩個 0.5 微米的氧化鋁顆粒幾乎相接(縫隙約 1 nm)、哈梅克常數約 5 x 10^-20 J 時,吸引能的量級可達熱能 kT 的數十倍——遠強過布朗晃動所能撼動。這就是為什麼未經處理的細粉總是想聚集。
遠處拉力微小,接觸時卻壓倒一切,因此漂近的顆粒往往就此永久黏住。
常見的誤解是凡得瓦爾力弱到可以忽略。單分子之間確實如此;但對整個顆粒在近距離加總後,它反而佔主導,這正是為什麼分散體系必須主動對抗它,而不能無視它。