タイトル通りの質問ですが,事情を説明しますと。

K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore 著「Organic Chemistry」(第3版)の p.73 に,van der Waals 力に対する注として『Note: In order references the term "van der Waals forces" refered exclusively to what we now call London forces; van der Waals forces now refers collectively to all intermolecular attractions.』とあります。

つまり,「van der Waals 力」は非極性物質間に働く「ロンドン力(London forces)」だけではなく,全ての分子間相互作用の事である,というわけです。

で,このペ-ジの説明を見る限り,「van der Waals 力」は「イオン間のク-ロン相互作用」,「双極子-双極子相互作用」,「ロンドン力」を全て含んだものととれます。

私自身は,「van der Waals 力 = London 力」と考えており,実際,他の教科書ではその様に説明されています。

で,質問です。上記の van der Waals 力の定義はこの教科書だけの(間違った?)ものでしょうか。それとも,最近はこれが一般的な定義になっているのでしょうか。有機化学は専門ですが,この様な点はあまり気にしていなかったものですから,私が無知な可能性もあると思い質問いたします。

どうぞよろしくお願い致します。

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A 回答 (5件)

rei00 さんの質問見るまで,van der Waals 力 = London 力,


あるいは van der Waals - London 力と思っていました.
手元の固体物理のテキスト見ますと,やはりそういうことが書いてあります.

釈迦に説法かも知れませんが,通常 van der Waals 力と言われているのは,
非極性分子の電荷分布が球対称からずれることによる力です.
球対称からのずれは,多重極展開で双極子,4重極子,...,と展開でき
ポテンシャルは,双極子-双極子で -C6/r^6,双極子-4重極子で -C8/r^8,...
になります.
遠距離で主要なのは -C6/r^6 で,
これのみを van der Waals 力ということもあるし,
全体を指すこともあるようです.
いずれにしろ,量子力学的効果で,プランク定数に比例する大きさを持っています..
Lennard‐Jones ポテンシャルで引力部分を -1/r^6 の形に取ることが多いのは,
こういうことから来ています.
いずれにしろ,van der Waals 力はクーロン力の長距離性から来ますから,
波動関数の重なりとは直接関係がありません.

一方,原子が近づくと波動関数が重なり始め,Pauli 原理による斥力が働きます.
Lennard‐Jones ポテンシャルで 1/r^{12} とよく書いている斥力部分がこれです.
12乗はかなり経験的に選ばれているようです.

さて,van der Waals 力の議論をきちんとやったのは,London です.
なぜ,これが van der Waals 力と呼ばれるかは,van der Waals 方程式
(1)  (p + a/v^2)(v - b) = RT
と関係があります.
これは,引力効果を a/v^2 の形で,斥力効果をbで,
それぞれ平均場的に取り入れたものです.
この引力効果を London の議論でうまく説明できるため,van der Waals 力と
呼ぶことになったようです(誰が言い出したんでしょうか?).
van der Waals 自身はかなり経験的に(1)を導入したようです.
(1)が提案されたのは1873年ですから,量子力学誕生の50年ほど前です.
このころ(もうすこし後?),
他にも理想気体の状態方程式を修正する試みがかなりなされています.

こういう事情を考えると,問題のテキストの主張はかなり説得力をもっています.
つまり,非極性分子の電荷分布ゆらぎによる相互作用をちゃんと議論したのは
London だから,これは London 力と呼ぶべきである,というわけでしょう.

一方,van der Waals 状態方程式(1)では,分子間力を経験的に取り込んだだけで,
その起源についてはほとんど突っ込んでおらず,
引力と斥力があるくらいしか考えていない.
ですから,(1)のaやbは分子間力なら何でもOKと見るべきではないか.
必ずしも,London の議論したものには限らない
例えば,イオン間のクーロン相互作用を含むし,
Pauli 原理の斥力も含まれるべきだ.
推測ですが,問題のテキストは以上のような考えだと思います.

私見ですが,以上のようなことを考えると,
問題のテキストの主張は当を得ていると思います.
ただし,van der Waals 力 = London 力, あるいは van der Waals - London 力,
という用語法(あるいは概念)はかなり定着しましたから,
用語法がすぐに変えられるか(変わるか)はちょっと疑問です.
例えば,電荷の正負は今から考えるとどうも選び方が「ハズレ」だったようですが
(電流の向きと電子流の向きが逆になってしまっています),
今さら直せそうもありません.
また,正常 Zeeman 効果と異常 Zeeman 効果も,
後の視点から見るなら角運動量はJ=L+Sであるという異常 Zeeman 効果の方が
むしろ当たり前で,正常 Zeeman 効果はS=0であるという特別の場合に過ぎません.

いやあ,なかなか勉強になった話で,私も一つ利口になりました.
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この回答へのお礼

siegmund さん回答ありがとうございます。いつも siegmund さんの回答を拝見して,説明の仕方も含めて様々な勉強をさせていただいています。

>rei00 さんの質問見るまで,van der Waals 力 = London 力,あるいは van der Waals - London 力と思っていました.
>いやあ,なかなか勉強になった話で,私も一つ利口になりました.

 色々な質問に的確に回答されている siegmund さんにそう言っていただくと,質問者としてもホッとします。内心,「いつも回答されている様に,それぐらいは自分で調べましょう」的なご注意を受けるのではないかとも思っていました。


>手元の固体物理のテキスト見ますと,やはりそういうことが書いてあります.

 そうですか。固体物理でも同じですか。実はこの質問も,最初は物理屋さんの意見が知りたくて(一応,専門の有機化学の方はある程度調べましたので),「物理」に出そうかと考えたぐらいです。


>なぜ,これが van der Waals 力と呼ばれるかは,van der Waals 方程式 (1)  (p + a/v^2)(v - b) = RT と関係があります.・・・中略・・・(1)のaやbは分子間力なら何でもOKと見るべきではないか.必ずしも,London の議論したものには限らない.例えば,イオン間のクーロン相互作用を含むし,Pauli 原理の斥力も含まれるべきだ.

 どうもこの様ですね。私自身は「イオン間のクーロン相互作用」には若干違和感を持ちますが・・・。

お礼日時:2001/05/08 17:40

siegmund です.



rei00 さんから過分なおほめをいただきまして恐縮です.
rei00 さんや ryumu さんの回答もよく拝見しています.
こういう質問は私自身にも勉強になりますし,回答にも力が入ります.
その方面の本ならたいてい載っていることを
「○○について教えてください」では,やはり力が入りませんよね.

この回答への補足

siegmund さんの回答への補足ですが,私が調べた結果も少し書かせていただきます。

まず,先の文章を見て私が疑問を持ったのは,「ク-ロン力も van der Waals 力?」というものでした。この時,私の頭にあったのはイオン結合性の化合物の事でした。つまり,van der Waals 力は分子についての話だという事をすっかり忘れていたのです。

これがそもそもの間違いで,分子に関する話と気付けば,siegmund さんがお書きの様に,本来の由来から言えば全て含まれて当然と納得いたしました。


さて,昨日物理化学の教科書ではどうなっているかと調べてみましたが,van der Waals 半径は出てくるものの,van der Waals 力はあまり出てきません。出てくる場合は,分子間相互作用の説明として出てきて「主として London 力」みたいな説明がある程度です。

一方,ついでに見かけた「分子間力」や「クラスタ-の化学」などの本では比較的はっきりと,全てを含む的な表現がなされています。

これらの結果からみると,有機化学では炭化水素の所で出てくるため,「van der Waals 力 = London 力的」な説明がされているとの結論になりました。


私も予想以上に勉強になりました。皆さんありがとうございました。これからもよろしくお願いします。

補足日時:2001/05/11 18:27
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この回答へのお礼

お礼でもないですが,一言。

>その方面の本ならたいてい載っていることを「○○について教えてください」では,やはり力が入りませんよね.

 そうですね。それもそうなんですが,最近私がそれ以上に気になるのは,質問内容から考えるとどう見ても大学なり企業なりの研究の一環で,しかもその研究の核心部分じゃないかと思える質問を平気でしている事です。
 勿論,十派一絡げには出来ませんが,その解決法を探すのがあなたの研究で,論文のネタじゃないのかと言いたくなります。
 ま,これに関しては何らかの質問にしたいなと考えていますが,ただの議論になるのも嫌なのでどうするかといった所です。もしそうなれば,よろしくお願いします。

お礼日時:2001/05/11 15:07

お礼の回答を読みました。



「有機化学のための分子間力入門」については・・すみません・・・知りません。
どうでしょうかね・・・「分子間力と表面力」はかなり個性的だとは思いますが・・・一度比較して見たいですね。

力についての話は、生物学的にも凄く興味がありますね。
蛋白質活性においても、さまざまな力の作用が連鎖的に誘起されることによって起こっていますが、詳細な分子機構については不明な点が多すぎます。というか、ほとんど分かっていませんね。
私個人としては、van der Waals力をはじめとする量子力学的効果は、生命現象でもかなり重要なのではないかと感じています。

まあ、しかしみなさんのお話を聞くとホントに勉強になりますね。私は知ったかぶりをして、よく間違えては、迷惑をお掛けしておりますが、恥をかきながら勉強させてもらってます。

しかし、二次元NMRによる生物活性天然物の構造解析ですか。
では同業者に近いですね(笑)。もしかしたらNMR討論会ですれ違っているかも知れませんね^^;
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この回答へのお礼

お礼が遅くなりました。質問内容に関して図書で調べたりしていたものですから。

その際に,「有機化学のための分子間力入門」を見付け,借り出してきました。昨日パラパラと読んだだけですが,参考文献などもかなり乗せてあり,入門書としては良くまとまっているかなとの印象です(簡単な内容紹介が http://www.bookclub.kodansha.co.jp/Scripts/bookc … にあります)。

「はじめに」部分には,「・・・次いで分子間相互作用に支配される超分子現象について述べる。タンパク質とその特異的基質が作る複合体は超分子の最たるものである。・・・」とあります。


> もしかしたらNMR討論会ですれ違っているかも知れませんね^^;
 「そうですね」と言いたいところですが,残念ながら私 NMR 討論会には出た事がないのです。ほぼ同時期に専門の天然物関係の学会などがあるものですから,そちら優先になってしまいます。いつも興味はあったのですが・・・。

お礼日時:2001/05/11 13:37

その定義は正しいはずです。



van der Waals力は、原子核を取り巻く電子の揺らぎによって瞬間的に生じる双極子による力です。
ですから、電荷や極性を持っていても、もっていなくても、どんな分子・原子間にも存在することになります。

J.N.イスラエルアチヴェリ 著「分子間力と表面力」近藤 保/大島 広行 訳(朝倉書店)がマニアックですがおすすめです。
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この回答へのお礼

ryumu さん,回答ありがとうございます。

コメント拝見しました。「磁気共鳴を用いた生体分子の研究」ですか。生物物理化学ですね。

私は,ずっと二次元 NMR を用いた生物活性天然物の構造決定を行なっています。最近では,ほとんどありませんが,数年前までは自分で測定を行なっていました。


>J.N.イスラエルアチヴェリ 著「分子間力と表面力」近藤 保/大島 広行 訳(朝倉書店)がマニアックですがおすすめです。

 以前に,西尾元宏 著「有機化学のための分子間力入門」(講談社)の購入を考えた事がありますが,これと比べていかがでしょうか。もし何かご意見があればアドバイスお願い致します。

お礼日時:2001/05/08 18:22

rei00さん、最近のご活躍うれしい限りです。



私も基礎的なことは遠い過去で・・・・???
さて、ネット検索から以下の参考URLサイトは参考になりますでしょうか?
「Van der Waals forces」
さらに
http://nanotech.about.com/science/nanotech/libra …
(London Dispersion Forces)

以下のサイトが分かり易いかもしれませんが・・・・?
http://antoine.fsu.umd.edu/chem/senese/101/liqui …
(What are van der Waals forces?)
このページでは全てを含んだもののようです。
しかし、
http://207.10.97.102/chemzone/lessons/03bonding/ …
(van der Waals Forces)
このページでは
「van der Waals Forces」=「London Dispersion Forces」?

これ以外にも「(London Dispersion Forces)*(van der Waals Forces)」で検索すると沢山Hitしてきます。

補足お願いします。

参考URL:http://nanotech.about.com/science/nanotech/libra …
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この回答へのお礼

MiJun さん,回答ありがとうございます。

>rei00さん、最近のご活躍うれしい限りです。

 いやお恥ずかしい。MiJun さんや siegmund さんを目標に頑張ってみたところこんな結果になってしまいました。

 でも,まだまだですね。今日も「相間移動触媒」の質問(QNo.71894 相間移動触媒)で間違った回答をした事に気付き,訂正しようとしましたが締め切られた後でした。

 これだけならまだしも,訂正しようとした回答は MiJun さんが回答されていた書籍にのっていたものでした。昨日家でその書籍を開き,自分の間違いに気付いた時は慌てました。今朝訂正するつもりで覗いた時には既に締め切られており,ポイントが・・・・。MiJun さんに対してお恥ずかしいやら申し訳ないやら。お許しいただければ幸いです。


>これ以外にも「(London Dispersion Forces)*(van der Waals Forces)」で検索すると沢山Hitしてきます。

 そうですね。今「Infoseek」で検索して満足のいく回答を見付けました(これについては別に補足の形で)。

お礼日時:2001/05/08 17:02

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ファンデルワールス力ってなんですか?
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それに メタノールもファンデルワールス力で分子結晶ができるらしんですが、
メタノールはなぜ分子結晶なんですか?どうしてそこにファンデルワールス力が
働くのですか? 

メタノールはイオン結晶だとおもっていました。
イオン結晶とは NaやClなど二つの原子の時の場合だけなんですか?

いっぱい質問あってすみません
おねがいします

Aベストアンサー

#1です。
>メタノールがイオンだといってません
>メタノールがイオン結晶であると思ったといったのです

意味の分からない文章を書きますね。
教科書を読み直してほしいと書いたのですが、・・・
読まずに開き直っていますね。

物質の三態を習っていますね。
ほとんどの物質は温度を変えると低温で固体になります。温度を上げていくとある温度で液体になります。さらに温度を上げていくと全て気体になってしまいます。
結晶というのは固体状態の中で成分粒子がきちんと整列したものに対して付けられた名前です。
固体の中には成分粒子がぐしゃぐしゃに集まってできたものもあります。でも物質の状態を分類して考えて行こうというときにはまずきちんと整列したもので考える方がいいだろうということです。教科書で「固体状態=結晶」としている理由です。
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一番もとになる粒子は原子ですが原子がそのまま集まって物質を作っているものばかりではありません。

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(B)原子-(結合2)--⇒分子--(結合3)---⇒物質B
(C)原子-(電離) --⇒イオン--(結合4)--⇒物質C
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ファンデルワールス力による結合は(結合1)、(結合2)、(結合4)に比べてかなり弱いものです。
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(C)原子も分子も中性ですが原子や分子が電気を持った粒子に変化することがあります。そういう電気を持った粒子をイオンと言います。イオンの電荷は正、負の2つの場合があります。正、負はいつもワンセットです。
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まとめただけです。
でも教科書もつまみ食いでしか読まない人であればここに書いたこともまともには読まないでしょうね。


>メタノールがイオンだといってません
>メタノールがイオン結晶であると思ったといったのです

イオンでないものが集まってどうしてイオン結晶ができるのですか。
イオンでないものに対してイオン結晶という言葉を使っていますので「一体、何を考えているのか?」と思われるような内容になっています。
イオン結晶を作るには必ず正、負のイオンが必要なのです。

>メタノールもファンデルワールス力で分子結晶ができるらしんですが、
メタノールはなぜ分子結晶なんですか?どうしてそこにファンデルワールス力が
働くのですか? 

イオンでない化合物は分子です。
分子が集まってできる結晶は分子結晶です。
分子を集めて固体を作る結合力、分子間力の1つがファンデルワールス力なのです。

沸点や融点が低い、蒸発しやすい物質はたいていが分子性物質です。
水銀は常温で液体である金属という事で例外的な物質です。
でも金属であることは目で見て分かります。
金属の仲間であると認識されていたことは名前にも表れています。
金属光沢というのは何千年も前から金属の特徴として認識されていたことです。

#1です。
>メタノールがイオンだといってません
>メタノールがイオン結晶であると思ったといったのです

意味の分からない文章を書きますね。
教科書を読み直してほしいと書いたのですが、・・・
読まずに開き直っていますね。

物質の三態を習っていますね。
ほとんどの物質は温度を変えると低温で固体になります。温度を上げていくとある温度で液体になります。さらに温度を上げていくと全て気体になってしまいます。
結晶というのは固体状態の中で成分粒子がきちんと整列したものに対して付けられた名前で...続きを読む

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疎水性吸着剤への酢酸と酪酸の吸着を考えるとき,「分子サイズの大きい酪酸のほうがvan der Waals力が大きいため吸着しやすい」と書籍に書いてあるのですが,分子サイズとvan der Waals力の関係がいまいち解りません.London分散力を考えるとき,分子サイズが大きいと吸着剤と溶質(吸着質)との距離rが大きくなり,U=-ar^(-6)+br^(-12)の式から,斥力より引力のほうが大きくなることから,分子サイズが大きい酪酸のほうが吸着しやすいのでしょうか?どなたかご存知の方がいらっしゃいましたらご助言お願いします.

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本当に U=-ar^(-6)+br^(-12) の式で計算するつもりですか。
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それぞれ計算するのは並大抵ではないですよ。また、各原子で
計算すると膨大になり、これも現実的ではないです。

酢酸 CH3-COOH 、酪酸 CH3-CH2-CH2-COOH とユニットに
分けて定性的に説明します。
疎水性吸着剤に対して 共通の CH3 は、ほぼ同じ吸着力です。
吸着剤との距離は、ほぼ同じですよね。もう一方の COOH は、吸着力は
ほぼないと考えます。
で、酪酸の 2つの CH2 は、CH3 に近い吸着力でしょう。
以上より、吸着するユニットは 酢酸 1/2 、酪酸 3/4 で、どちらが、
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高校化学の範囲で教えてください。
クーロン力とファンデルワールス力と分子間力の違いは何なのでしょうか?

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Aベストアンサー

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 物理的な力の一種。
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(2) 分子間力
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(3) ファンデルワールス力
 弱い分子間力の一種。引力。電気双極子の間にはたらくクーロン力が原因。

「閉殻」は、化学結合の手を持っていない状態と思えば良いでしょう。
「電気双極子」は、プラスのごく近くにマイナスの電荷があるようなペアの事です。

電気陰性度が違う原子が結合すると、電荷が偏って電気双極子になります(HClとかCOとか)。
電気陰性度が同じでも、外の影響や電子分布の揺らぎのために
電荷が偏って、一時的に電気双極子として振舞う場合があります。
前者を「永久電気双極子」、後者は「誘起電気双極子」と呼びます。これらの
双極子間のクーロン力(の平均)がファンデルワールス力の起源です。

その他の起源から生じる力もまとめて、分子間力と呼びます。

Qvan der waals半径について

NとCl原子同士のファンデルワールス半径を比較すると、
N=1.5、Cl=1.8
で、N原子のほうが半径が小さいですが、Cl原子とN2分子を比較しても
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Aベストアンサー

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Qファンデルワールス力を簡単に

ファンデルワールス力を簡単に教えてください。
wikiを読んでもよくわかりません。

Aベストアンサー

こちらのほうが、+-の偏りができるイメージがつきやすいかもしれませんね。

目で見て操作する「分子の世界」-そのミクロ構造と物性- 分子の構造
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0200a/contents/20802.html

普通に元素記号どうしを線でつないでみても対称なのに、実際電子が動いている(量子的に分布している)と、電荷が微妙に偏ってる瞬間が結構多いのです。

そういう、電子1個分も動いているわけじゃないけど、マイナス電荷寄り・プラス電荷寄りのところが分子内でできて、隣の分子との間での+-での引力を起こす、というのがファンデルワールス力の一部、ロンドン分散力です。

ファンデルワールス力 - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%AB%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%82%B9%E5%8A%9B

あと、電荷のかたよりをもった分子に誘発されて、励起双極子として電荷が微妙に偏る、という場合もあるので、ロンドン分散力や励起双極子などの分子間力をまとめて、ファンデルワールス力と呼んでいます。

こちらのほうが、+-の偏りができるイメージがつきやすいかもしれませんね。

目で見て操作する「分子の世界」-そのミクロ構造と物性- 分子の構造
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0200a/contents/20802.html

普通に元素記号どうしを線でつないでみても対称なのに、実際電子が動いている(量子的に分布している)と、電荷が微妙に偏ってる瞬間が結構多いのです。

そういう、電子1個分も動いているわけじゃないけど、マイナス電荷寄り・プラス電荷寄りのところが分子内でできて、隣の分子との間での+...続きを読む

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π=T(ΔP/ΔT)- Pを利用して π=a(n/V)^2と導いたのですが。この式が何を意味するかがわかりません。

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1)Atkins : Physical Chemistry
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Q ファンデルワールス力の双極子が載っている内容の参考書を教えてください

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 図や絵が多く、分かりやすいと嬉しいです。

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とは何でしょう。言葉の順番が逆ですよ。
ファンデルワールス力とは、電荷をもたない粒子間に働く力ですが、
・永久双極子である分子間に働く力
・永久双極子と無極性分子間に働く力
・無極性分子間に働く力
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 もう一度一つ一つの言葉の意味を再確認しましょう。

ファンデルワールス力 - Wikipedia ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%AB%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%82%B9%E5%8A%9B )

 

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1次元のvan der waals 方程式は存在しますか?
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よろしくお願いします。表題の通りなのですが
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引力の場合も反発力の場合もあります。少し離れていると引力であるがある距離まで近づくと反発力が働くというのは分子間力の特徴です。
その引力部分についてはいくつかの原因のものがあります。
その中のひとつがファンデルワールス力です。これは#1、#2に書かれているものです。

ファンデルワールス力が分子間力と同じ意味で使われている場合もあるので混乱しています。(正しくない使い方ですがよく見ます。)

理想気体の状態方程式はPV=nRTです。実在気体については当てはまりませんので修正が必要です。その1つがファンデsルワールスの状態方程式です。(P+a/V^2)(V-b)=nRT となります。
この式では状態変化を表すことが出来ます。この修正は分子が大きさを持っていることと分子間力が働いていることを考慮に入れています。状態変化は分子間力によって起こるのです。ファンデルワールスの状態方程式で考慮された分子間力ということで短絡的にこの分子間力をファンデルワールス力と言ってしまっているのではないでしょうか。

ファンデルワールスの状態方程式に関係しての名前だということは確かだろうと思いますが分子間力一般ではありません。
水素や窒素、ヘリウムやアルゴンも温度を下げれば液体になります。その原因となっている分子間力はどういうものでしょうか。普通に考えられる静電的な引力による分子間力が存在しない物質でも状態変化が起こるのですから対応する分子間力が存在するはずです。それがファンデルワールス力です。ファンデルワールス力というのは分子間力一般ではなくて特別な分子間力です。

「分子間力」は文字通り、分子の間に働く力です。
引力の場合も反発力の場合もあります。少し離れていると引力であるがある距離まで近づくと反発力が働くというのは分子間力の特徴です。
その引力部分についてはいくつかの原因のものがあります。
その中のひとつがファンデルワールス力です。これは#1、#2に書かれているものです。

ファンデルワールス力が分子間力と同じ意味で使われている場合もあるので混乱しています。(正しくない使い方ですがよく見ます。)

理想気体の状態方程式はPV=nR...続きを読む

QUV-A,UV-B,UV-Cのうち ①可視光に近い順 ②電離作用が大きい順 ③波長の長い順 上記の3

UV-A,UV-B,UV-Cのうち
①可視光に近い順
②電離作用が大きい順
③波長の長い順
上記の3点について教えてください。

Aベストアンサー

①A、B、C の順
②C、B、A の順(A、Bは殆ど電離作用なし)
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波長を記せば UVA (400–315 nm)、UVB(315〜280nm)、UVC (280 nm 未満)
可視光線はおよそ 400 - 830 nm


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