El radio VDW coloca un baja límite de la distancia entre los átomos que se atraen mutuamente. Estoy buscando el superior límite: cómo se llama el concepto o la teoría que describe el distancia máxima ¿sobre la cual las diferentes fuerzas de atracción (Keesom, Debye, London...) se vuelven operables/tienen efecto?
Esta pregunta es similar a la siguiente, que no obtuvo una respuesta completa:
No hay un límite superior estricto que se pueda poner a cualquier tipo de interacción electromagnética. Dicho esto, las fuerzas de van der Waal se deben a la formación de dipolos instantáneos que son el resultado de las perturbaciones de una densidad de electrones que, por lo demás, es esféricamente simétrica.
El campo eléctrico producido por un dipolo decae como $1/r^3$ . Por lo tanto, no debe sorprender que la interacción entre dos dipolos instantáneos decaiga como $1/r^6$ . En realidad, no es del todo obvio que esto sea así, pero resulta ser cierto. A distancias muy cercanas, las fuerzas de van der Waal se escalan como $1/r^7$ debido a un efecto de la electrodinámica cuántica, pero los químicos no suelen preocuparse por esto porque el efecto es insignificante en casi todos los procesos químicos.
La distancia real variará en función del sistema, por lo que no se pueden dar cifras reales de la distancia. Pero, para un sistema como el agua, la fuerza electrostática, que decae como $1/r^2$ puede ser relevante para distancias de hasta, por ejemplo, 100 angstroms. Así que se puede intentar retroceder la escala de las interacciones de Van der Waal a partir de ahí.
Otra forma de decir esto es que las fuerzas de van der Waal pueden tener un efecto importante en la primera capa de solvatación de una molécula, pero normalmente no tienen un efecto fuerte más allá de esa distancia.
Esto aclara bastante las cosas, gracias. Además: al observar la síntesis de proteínas en una célula, por ejemplo, debe haber una distancia de "punto de inflexión" en la que los átomos/moléculas próximos entre sí se atraen mutuamente debido a las fuerzas VDW. ¿Más allá de esta distancia, no se "ven" mutuamente y, por tanto, permanecen separadas? Tengo entendido que el valor exacto de la distancia varía.
Las fuerzas VdW tienen un alcance infinito, por lo que no existe ese punto de inflexión. Sin embargo, decaen lo suficientemente rápido con la separación como para que su contribución sea despreciable a gran distancia y pueda despreciarse con seguridad. Compárese con la interacción coulombiana, que no decae con la suficiente rapidez y, por tanto, no debe truncarse
Como ha señalado anteriormente jheindel la interacción no tiene límite. Lo que probablemente buscas es la distancia a la que la energía de la interacción es menor que la energía térmica a una temperatura determinada. Cuando la interacción es menor, son los movimientos térmicos los que rigen lo que ocurre, no la interacción intermolecular. La energía térmica a $300$ K es $k_BT = 1.38\cdot10^{-23}\cdot 300 = 4.1\cdot 10^{-19}$ J.
Todas las interacciones tienen la forma general $E=V/(\epsilon r^n)$ donde $V$ es un término de escala: por ejemplo, para la interacción carga-carga $n=1$ y $V=q_1q_2e^2/(4\pi\epsilon_0)$ donde $q$ son los signos de carga, $e$ la carga del electrón y $\epsilon _0$ la permitividad del espacio libre $8.854\cdot10^{-12}$ . Finalmente $\epsilon$ es la constante dieléctrica del disolvente, ciclohexano = 2, agua = 78.
La energía de interacción entre dos cargas, digamos iones de sodio y cloro, en el vacío separados por 0,3 nm es aproximadamente $190k_BT$ , pero en el agua esto sólo $2.4k_BT$ por lo que la distancia a la que la interacción intermolecular es importante depende mucho de las condiciones. La razón por la que $\epsilon$ tiene tal efecto es que el disolvente de alto dieléctrico atenúa el campo eléctrico alrededor de un ion o dipolo.
Existen otros tipos de interacción ion-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo inducido-dipolo inducido, etc. que tienen energías que dependen, en su caso, de la magnitud del dipolo, de la polarizabilidad, de la orientación relativa del dipolo y de diversas potencias de separación $1/r^n$ . Por ejemplo, para la interacción dipolo-dipolo con direcciones dipolares fijas, el ángulo dipolar relativo es importante y $n=3$ pero para los dipolos que giran libremente el ángulo del dipolo se promedia dando como resultado $n=6$ (Energía Keesom). La fuerza de dispersión de London (dipolo inducido) depende de la polarizabilidad de cada molécula y tiene $n=6$ En comparación, la interacción carga-dipolo tiene $n=4$ .
Si buscas estos valores para calcular interacciones particulares, ten en cuenta que muchos autores citan los valores en el vacío e ignoran la constante dieléctrica del disolvente. Puedes incluirla cambiando $\epsilon_0\to \epsilon_0\epsilon$ .
De hecho, hay varias descripciones de las fuerzas VdW. Para algunos, esta clase incluye el dipolo-dipolo, el dipolo-instantáneo y el dipolo-instantáneo. Por supuesto, estas fuerzas no son todas de la misma intensidad. Pero para todas, sea cual sea el exponente de r, no hay límite, y por eso se habla en cambio de energía, como la necesaria para poner las dos especies químicas a una distancia infinita. Por cierto, yo sugeriría que cuando uno está dando una respuesta, las referencias se daría también. Y aquí, sugiero: Química Física, McQuarrie El enlace químico, Linus Pauling ;-)
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Creo que la edición chemistry.stackexchange.com/questions/107870/ sería preferible a hacer una nueva pregunta.