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Teoria di Hamaker (fisica)

1937
  • H. C. Hamaker
Laboratory experiment demonstrating Hamaker Theory in physical chemistry of surfaces.

A theory that extends the microscopic Van der Waals forces between individual atoms to the macroscopic scale, calculating the total interaction force between bulk objects (e.g., two spheres, a sphere and a plate). It assumes pairwise additivity, integrating the microscopic [latex]r^{-6}[/latex] potential over the volumes of the interacting bodies. The result is quantified by the Hamaker constant, [latex]A[/latex].

While London’s theory described the Van der Waals force between two atoms, Hamaker’s theory provided a practical method to calculate the force between macroscopic objects. The core assumption of the theory is pairwise additivity: the total interaction energy between two large bodies is simply the sum (or integral) of all the individual atom-atom interactions. For example, to find the force between a sphere and a flat surface, one would integrate the Lennard-Jones potential for a single atom in the sphere with every atom in the surface, and then integrate that result over all atoms in the sphere.

This integration leads to interaction potentials that decay much more slowly with distance than the microscopic [latex]r^{-6}[/latex] potential. For instance, the interaction energy between two flat plates varies as [latex]d^{-2}[/latex], and between a sphere and a plate as [latex]d^{-1}[/latex], where [latex]d[/latex] is the separation distance. The strength of this macroscopic interaction is encapsulated in the Hamaker constant, [latex]A[/latex], which depends on the atomic density of the materials and the microscopic interaction constant ([latex]C_6[/latex]). While the assumption of pairwise additivity is an approximation (it ignores many-body effects and the influence of the intervening medium), the Hamaker theory provides an invaluable and intuitive struttura for understanding adhesion, colloidal stability, and surface forces.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical chemistry

Tipo

Theoretical Framework

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Forza di dispersione di Londra teoria che fornisce il potenziale microscopico
  • Calcolo integrale per la somma delle forze su corpi continui
  • DLVO theory, which incorporates Hamaker’s work to describe colloidal stability
  • Prime osservazioni sperimentali di adesione e comportamento colloidale

Applicazioni

  • scienza colloidale, come parte della teoria DLVO per predire la stabilità delle sospensioni
  • microscopia a forza atomica (AFM) per modellare le interazioni punta-superficie
  • design of microelectromechanical systems (MEMS) to understand and prevent stiction (unwanted adhesion)
  • fisica dei film sottili, fenomeni di bagnatura e calcoli dell'energia superficiale

Brevetti:

NA

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