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Forza Keesom

1921
  • Willem Hendrik Keesom
Esperimento di laboratorio che dimostra la forza di Keesom con liquidi polari e modelli molecolari.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un'interazione elettrostatica tra molecole che possiedono un campo elettrico permanente dipolo momenti, come l'acqua o il cloruro di idrogeno. La forza deriva dalla tendenza di questi dipoli ad allinearsi testa a coda, risultando in un'attrazione netta. Questa interazione è dipendente dalla temperatura, poiché il moto termico interrompe l'allineamento. L'energia potenziale mediata sull'orientamento varia come [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex].

La forza di Keesom, o interazione dipolo-dipolo permanente, è una delle tre componenti di Van der Waals forze, che descrivono in particolare l'interazione tra due molecole polari. Una molecola polare ha una separazione permanente di carica positiva e negativa, creando un campo elettrico permanente. momento di dipoloQuando due molecole di questo tipo si avvicinano, i loro dipoli interagiscono elettrostaticamente. La configurazione a più bassa energia è un allineamento attrattivo testa-coda. Tuttavia, le molecole in un fluido sono in costante movimento termico (rotazione e traslazione), il che tende a randomizzare i loro orientamenti.

Il contributo di Willem Keesom è stato quello di eseguire una media statisticamente meccanica su tutti i possibili orientamenti, ponderati dal loro fattore di Boltzmann. Il risultato ha mostrato che, in media, gli orientamenti attrattivi sono leggermente più probabili di quelli repulsivi, portando a una forza attrattiva netta. L'intensità di questa interazione dipende in modo univoco dalla temperatura; all'aumentare della temperatura, l'energia termica interrompe più efficacemente l'allineamento e la forza di Keesom si indebolisce. Ciò si riflette nel termine 1/T nell'equazione dell'energia potenziale. Questa forza è cruciale per comprendere il comportamento di molte sostanze comuni, in particolare l'acqua, le cui proprietà sono dominate da forti interazioni dipolo-dipolo note come legami a idrogeno.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Fisica atomica e molecolare

Tipo

Legge fisica

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Elettrodinamica classica (legge di Coulomb)
  • Il concetto del momento di dipolo elettrico di Peter Debye
  • Statistica di Boltzmann per descrivere la distribuzione termica degli stati

Applicazioni

  • modellazione delle proprietà fisiche dei liquidi polari come l'acqua (ad esempio, punto di ebollizione elevato)
  • comprendere le basi del legame idrogeno, un forte tipo di interazione dipolo-dipolo
  • Prevedere la solubilità basandosi sul principio "il simile scioglie il simile".
  • progettazione e funzione dei cristalli liquidi, che si basano sull'allineamento molecolare

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • sviluppo di liquidi ferroelettrici per interruttori ottici ad alta velocità
  • design of ‘smart solvents’ whose polarity and solvent properties can be tuned with temperature
  • creazione di catene polimeriche autoallineanti per display elettronici avanzati
  • sensori molecolari che rilevano analiti polari attraverso il legame dipolo-dipolo
  • dispositivi di accumulo di energia basati sull'ordinamento orientazionale delle molecole polari in un campo elettrico
  • formulazioni farmaceutiche che controllano la cristallizzazione del farmaco tramite interazioni dipolari
  • materiali con conduttività termica regolabile basata sull'allineamento molecolare dipendente dalla temperatura
  • modelli avanzati per il ripiegamento delle proteine ​​che catturano accuratamente i contributi dipolo-dipolo
  • membrane per la purificazione dell'acqua con canali polari ingegnerizzati
  • catalizzatori where substrate orientation is controlled by dipole forces
Correlato a: forza di Keesom, interazione dipolo-dipolo, dipolo permanente, molecole polari, forza intermolecolare, interazione elettrostatica, legame idrogeno, dipendenza dalla temperatura, energia potenziale, forze di van der Waals.

Contesto storico

Forza Keesom

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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