22 (53)

22

/. Podstawowe właściwości techniczne materiałów budowlanych

atomowej pierwiastka. Siły van der Waalsa szybko małeją wraz ze wzrostem odległości międzycząsteczkowych. zgodnie z zależnością

(1.5)

gdzie: F - siła, N,

r - odległość między jądrami poszczególnych cząsteczek, m, n - wykładnik potęgowy.

W przypadku oddziaływania jon-jon n = 2. jon-dipol n — 3, dipol-dipol n = 4, jon-dipol indukowany n = 5, dipol-dipol indukowany n = 6.

Siły van der Waalsa wzrastają wraz ze wzrostem ciśnienia i maleją ze wzrostem temperatury, co wynika ze zwiększania się energii wewnętrznej materii na poziomie atomów, cząsteczek, jonów.

Siły van der Waalsa są niezwykle powszechne. Działają we wszystkich stanach skupienia materii i na pograniczu stanu skupienia (np. przytrzymywanie lakieru przez powierzchnię metalu, wiązanie w tzw. laminatach włókna szklanego i żywicy epoksydowej, przyczepność bitumu do kruszywa w kompozytach drogowych).

Ten rodzaj oddziaływań międzycząsteczkowych decyduje o właściwościach mechanicznych materiałów. Tak jest szczególnie w przypadku dużych makro-molekuł (np. żywic syntetycznych), w których sumaryczne siły van der Waalsa przekraczają siły międzyatomowe (kowalencyjne), np. w łańcuchach węglowodorowych. Wówczas wytrzymałość takiego materiału określa energia wiązania kowalencyjnego jako mniejsza.

Wiązania wodorowe (protonowe)

Specjalną odmianą sił van der Waalsa jest tzw. wiązanie wodorowe, często zwane mostkiem wodorowym. Również ten rodzaj wiązania ma charakter elektrostatyczny. Proton należący do jednej cząsteczki może działać silnie polaryzu-jąco na elektron atomu elektroujemnego drugiej cząsteczki, przyciągając go do siebie.

Wiązanie protonowe występuje wówczas, gdy wodór wiąże się z innym atomem X, np. fluorem (F), tlenem (O), azotem (N) lub chlorem (Cl), w taki sposób, że wiązanie X-H (chociaż kowalencyjne) jest wyraźnie polarne, a atom wodoru (H) ma ładunek dodatni. Atom ten może oddziaływać z innymi atomami ujemnymi, a więc bogatym w elektrony atomem Y, tworząc wiązanie wodorowe, co zapisuje się w sposób następujący:

X-H----Y