Promień van der Waalsa - odległość najdalszych
elektronów
od
jądra atomowego
(w przypadku pojedynczego atomu) lub od geometrycznego środka cząsteczki. Wyobrażając sobie atom lub cząsteczkę jako kulę, której powierzchnię tworzą najdalej położone od centrum
elektrony
, promień
van der Waalsa
jest po prostu promieniem tej kuli. Chociaż takie uproszczenie jest z punktu widzenia
mechaniki kwantowej
całkowicie błędne i naiwne, to jednak sprawdza się ono w wielu praktycznych zastosowaniach.
Na przykład w
kryształach
(o ile nie są to kryształy jonowe) odległości między poszczególnymi cząsteczkami (atomami), tworzącymi daną
sieć krystaliczną
, ściśle odpowiadają znanym promieniom van der Waalsa. Te same cząsteczki (atomy) w
cieczy
również zajmują przestrzeń odpowiadającą tym promieniom. Wreszcie w
gazie
tzw. objętość wykluczona, czyli objętość zajmowana bezpośrednio przez cząsteczki tworzące ten gaz, odpowiada dość ściśle objętości kul o średnicach odpowiadających promieniom van der Waalsa tych cząsteczek.
Promienie te można także rozpatrywać jako graniczną odległość, na jaką mogą się zbliżyć do siebie dwa atomy bez wzajemnego odpychania się lub tworzenia
wiązań chemicznych
.
Promienie van der Waalsa dla atomów w cząsteczkach są o 25 do 50% większe od
promieni walencyjnych
tych samych atomów, co wynika z faktu, że w wiązaniach chemicznych
chmury elektronowe
obu tworzących je atomów częściowo się nakładają.
Porównanie promieni walencyjnych i van der Waalsa dla kilku wybranych atomów (
Å
):
Atom | Promień walencyjny | Promień van der Waalsa |
N
| 0,7 | 1,5 |
P
| 1,1 | 1,9 |
S
| 1,04 | 1,85 |
I
| 1,33 | 2,15 |
Promienie van der Waalsa stosunkowo prostych i zbliżonych do kształtu kuli cząsteczek można obliczać przez odpowiednie sumowanie promieni kowalencyjnych i van der Waalsa tworzących je atomów. Na przykład cząsteczka
metanu
(CH4) składa się z centralnego atomu węgla, który posiada promień kowalencyjny 0,77 Å, oraz czterech symetrycznie wokół niego rozmieszczonych atomów wodoru, które mają promień kowalencyjny 0,30 Å i van der Waalsa 1,2 Å. Cała cząsteczka ma zatem promień van der Waalsa równy 0,77 + 0,3 (długość wiązania C-H) + 1,2 = 2,37 Å - co dobrze odpowiada danym eksperymentalnym. W przypadku bardziej złożonych cząsteczek obliczenia tego rodzaju jednak zupełnie zawodzą.
Odmianą promieni van der Waalsa są
promienie jonowe
, które w istocie są promieniami van der Waalsa określonych
jonów
. Dla
kationów
(jonów o ładunku dodatnim) promienie te są znacznie mniejsze od promieni atomów, zaś w przypadku
anionów
jest na odwrót.
Zobacz też