Οι επιστήμονες αποδεικνύουν την κυματική φύση των δυνάμεων van der Waals

van der Waals

Όπως και οι βαρυτικές δυνάμεις που είναι υπεύθυνες για την έλξη μεταξύ της Γης και της Σελήνης, καθώς και ολόκληρου του ηλιακού μας συστήματος, υπάρχουν ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των αντικειμένων σε νανοκλίμακα.

Αυτές είναι οι λεγόμενες δυνάμεις van der Waals, οι οποίες είναι πανταχού παρόντες και πιστεύεται ότι παίζουν κρίσιμο ρόλο στον προσδιορισμό της δομής, της σταθερότητας και της λειτουργίας μιας ευρείας ποικιλίας συστημάτων σε όλους τους τομείς της βιολογίας, της χημείας, της φυσικής και της επιστήμης των υλικών.

«Για να το θέσουμε απλά, κάθε μοριακό σύστημα και κάθε υλικό στη φύση βιώνει αυτές τις δυνάμεις», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science. «Στην πραγματικότητα, διαπιστώνουμε ότι η επιρροή τους είναι αρκετά εκτεταμένη και περιλαμβάνει μεταξύ άλλων αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών και φαρμάκων, τη σταθερότητα της διπλής έλικας του DNA και ακόμη τις ιδιαίτερες ιδιότητες πρόσφυσης του ποδιού του gecko».

Σε σύγκριση με τον ομοιοπολικό δεσμό (που περιλαμβάνει την κατανομή των ζευγών ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων), οι δυνάμεις van der Waals είναι σχετικά ασθενείς και προκύπτουν από στιγμιαίες ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διακυμάνσεων των σύννεφων ηλεκτρονίων. Ωστόσο, αυτές οι δυνάμεις έχουν ακόμη κβαντική μηχανική προέλευση και έχουν δημιουργήσει μια σημαντική πρόκληση τόσο για την θεωρία όσο και για τα πειράματα μέχρι σήμερα.

Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν δύο σχολές σκέψης σχετικά με αυτές τις δυνάμεις. Η επικρατούσα περιγραφή των αλληλεπιδράσεων van der Waals μεταξύ των χημικών και των βιολόγων είναι η εικόνα δυο ηλεκτρικών δίπολων, παρόμοια με τους νότιους και βόρειους πόλους των μαγνητών, εκπροσωπώντας την άνιση κατανομή των θετικών και αρνητικών φορτίων. Η εικόνα που υιοθετήθηκε από πολλούς φυσικούς, ωστόσο, επικεντρώνεται γύρω από το γεγονός ότι οι κυματοειδές διακυμάνσεις του κενού είναι υπεύθυνες για τις αλληλεπιδράσεις Van der Waals μεταξύ των μεγαλύτερων μακροσκοπικών αντικειμένων.

Στη νέα τους μελέτη οι ερευνητές έχουν θέσει μια νέα πρόταση για την περιγραφή των δυνάμεων van der Waals μεταξύ των αντικειμένων σε νανοκλίμακα. Περιγράφουν ότι αυτές οι θεμελιώδεις δυνάμεις μεταξύ νανοδομών πρέπει επίσης να περιγραφούν από τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ κυματοειδών διακυμάνσεων της πυκνότητας φορτίου, αντί των προαναφερόμενων δίπολων.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το έργο τους θα μπορούσε να βοηθήσει στη γεφύρωση του χάσματος μεταξύ των δύο αυτών συστημάτων πεποίθησης, και να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν και να ελέγξουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αντικειμένων σε νανοκλίμακα.

Παραπομπές

Alberto Ambrosetti, Nicola Ferri, Robert A. DiStasio Jr., Alexandre Tkatchenko. Wavelike charge density fluctuations and van der Waals interactions at the nanoscale. Science, 2016. DOI: 10.1126/science.aae0509

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *