Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Heim » Keesom Force

Keesom Force

1921
  • Willem Hendrik Keesom
Laborexperiment zur Demonstration der Keesom-Kraft mit polaren Flüssigkeiten und Molekülmodellen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen Molekülen, die permanent elektrisch geladen sind Dipol Momente, wie beispielsweise Wasser oder Chlorwasserstoff. Die Kraft entsteht durch die Tendenz dieser Dipole, sich Kopf an Schwanz auszurichten, was zu einer resultierenden Anziehung führt. Diese Wechselwirkung ist temperaturabhängig, da die thermische Bewegung die Ausrichtung stört. Die orientierungsgemittelte potenzielle Energie variiert gemäß [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex].

Die Keesom-Kraft, oder permanente Dipol-Dipol-Wechselwirkung, ist eine der drei Komponenten der Van der Waals Kräfte, die insbesondere die Wechselwirkung zwischen zwei polaren Molekülen beschreiben. Ein polares Molekül weist eine permanente Trennung von positiver und negativer Ladung auf, wodurch ein permanentes elektrisches Feld entsteht. DipolmomentWenn sich zwei solcher Moleküle annähern, interagieren ihre Dipole elektrostatisch. Die energetisch günstigste Konfiguration ist eine attraktive, Kopf-an-Schwanz-Anordnung. Moleküle in einer Flüssigkeit befinden sich jedoch in ständiger thermischer Bewegung (Rotation und Translation), was dazu führt, dass ihre Orientierungen zufällig verteilt werden.

Willem Keesoms Beitrag bestand in der Durchführung einer statistisch-mechanischen Mittelwertbildung über alle möglichen Orientierungen, gewichtet mit ihrem Boltzmann-Faktor. Das Ergebnis zeigte, dass attraktive Orientierungen im Durchschnitt etwas wahrscheinlicher sind als abstoßende, was zu einer resultierenden Anziehungskraft führt. Die Stärke dieser Wechselwirkung hängt eindeutig von der Temperatur ab: Mit steigender Temperatur stört die thermische Energie die Ausrichtung effektiver, und die Keesom-Kraft schwächt sich ab. Dies spiegelt sich im Term 1/T in der Gleichung für die potenzielle Energie wider. Diese Kraft ist entscheidend für das Verständnis des Verhaltens vieler alltäglicher Substanzen, insbesondere von Wasser, dessen Eigenschaften von starken Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, den sogenannten Wasserstoffbrückenbindungen, dominiert werden.

UNESCO Nomenclature: 2202
Atom- und Molekularphysik

Typ

Physikalisches Gesetz

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Klassische Elektrodynamik (Coulombsches Gesetz)
  • Das Konzept des elektrischen Dipolmoments von Peter Debye
  • Boltzmann-Statistik zur Beschreibung der thermischen Zustandsverteilung

Anwendungen

  • Modellierung der physikalischen Eigenschaften polarer Flüssigkeiten wie Wasser (z. B. hoher Siedepunkt)
  • Verständnis der Grundlagen der Wasserstoffbrückenbindung, einer starken Art von Dipol-Dipol-Wechselwirkung
  • Vorhersage der Löslichkeit auf der Grundlage des Prinzips „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“.
  • Design und Funktion von Flüssigkristallen, die auf der molekularen Ausrichtung beruhen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • Entwicklung ferroelektrischer Flüssigkeiten für optische Hochgeschwindigkeitsschalter
  • design of ‘smart solvents’ whose polarity and solvent properties can be tuned with temperature
  • Herstellung selbstausrichtender Polymerketten für fortschrittliche elektronische Displays
  • molekulare Sensoren, die polare Analyten durch Dipol-Dipol-Bindung erkennen
  • Energiespeichergeräte basierend auf der Orientierungsanordnung polarer Moleküle in einem elektrischen Feld
  • pharmazeutische Formulierungen, die die Arzneimittelkristallisation über Dipolwechselwirkungen steuern
  • Materialien mit einstellbarer Wärmeleitfähigkeit basierend auf temperaturabhängiger molekularer Ausrichtung
  • fortschrittliche Modelle zur Proteinfaltung, die Dipol-Dipol-Beiträge genau erfassen
  • Membranen zur Wasserreinigung mit konstruierten polaren Kanälen
  • Katalysatoren where substrate orientation is controlled by dipole forces
Verwandt mit: Keesom-Kraft, Dipol-Dipol, permanenter Dipol, polare Moleküle, intermolekulare Kraft, elektrostatische Wechselwirkung, Wasserstoffbrücke, Temperaturabhängigkeit, potenzielle Energie, Van-der-Waals-Kräfte.

Historischer Kontext

Keesom Force

1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925
1918
1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1925

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

Bilder in voller Größe und Downloads sind nur für registrierte Mitglieder 100% kostenlos verfügbar.

> Login <