반데르발스 힘

안녕하세요?

Newton 2017년 12월호에 보니, 많이 듣기는 했지만, 그래도 정확하게 정의는 내리지 못했던 개념인 판데르발스라고 하고, 저는 반데르발스가 더 익숙한 '반데르발스 힘'에 대해서 포스팅을 하고자 합니다. 그래도 이 블로그에서는 그렇게 까지 전문적으로 다루지는 못하고, 그냥 이해를 도우는 수준에서 소개를 하고자 합니다.

모든 기체는 차가워지면 액체나 고체로 변하게 되는데, 그 이유가 차가워진 분자들이 움직임이 약해 지면서 서로 끌어 당기는 인력에 의해 모이기 때문이라고 합니다. 이 인력을 다른 말로는 '정전기 인력'이라고 하며, 이 정전기 인력은 물의 경우에는 산소가 음전하를 띄고 수소가 양전하를 띄기 때문에, 서로가 가지고 있는 음전하와 양전하가 서로 물 분자들 끼리 끌어 당겨서 얼음이 된다고 합니다.

일단 물분자의 경우에는 소위 '전기의 치우침'이라는 현상이 나타날 수 있지만, 문제는 순수하게 1개의 원자로만 이루어져 있는 수소의 경우가 의문이 드실 것입니다. 이런 수소와 같은 경우에도 엄연히 '반데르발스 힘'이 작용을 하고 있으며, 사실 조금만 더 자세히 보면, 전기의 치우침이 순간적으로 나타난다고 합니다.

위 그림의 묘사처럼 수소원자 2개가 전자를 공유해서 1개의 수소분자를 만들어도, 전자는 여전히 원자핵 주위를 돌고 있다고 합니다. 그런데 전자가 순간적으로 왼쪽이나 오른쪽으로 한 방향으로 쏠리면, 순간적인 전기의 치우침이 생겨나게 됩니다. 이러한 순간적인 전기의 치우침은 어떤 분자에서건 일어나게 되며, 이에 따라 어떤 분자에서도 반데르발스 힘이 작용하게 되는 것입니다.

마지막으로 이 반데르발스 힘을 이루는 '전기의 치우침'은 전염이라고 해야 할까요? 거리가 어느정도 가까워진 다른 분자들까지 처음에는 전기의 치우침이 없다가 유도가 된다고 합니다. 이렇게 유도가 되게 되면, 정전기적으로 끌어 당기는 힘이 발생을 하게 되어서 서로 끌어 당기게 되는 것입니다.

기사에서는 마지막으로 반데르발스 힘의 정체를 정의하고 있기로는 '순간적인 전기의 치우침과 부분적인 전기의 치우침'이라고 언급하고 있습니다. 이처럼 이런 전기의 치우침은 어떤 분자에서도 있으며, 이에 따라 반데르발스 힘은 어떤 분자에서도 작용을 하고 있다고 합니다.