La superficie de van der Waals de una molécula es una representación abstracta o modelo de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy aproximados, podría residir una superficie para la molécula en función de los cortes duros de los radios de van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual la molécula podría concebirse como interactuando con otras moléculas. [ cita requerida ] También conocida como envoltura de van der Waals, la superficie de van der Waals recibe su nombre de Johannes Diderik van der Waals , un físico teórico y termodinámico holandés que desarrolló una teoría para proporcionar una ecuación de estado líquido-gas que explicara el volumen distinto de cero de átomos y moléculas, y su exhibición de una fuerza atractiva cuando interactuaban (construcciones teóricas que también llevan su nombre). Las superficies de van der Waals son, por lo tanto, una herramienta utilizada en las representaciones abstractas de moléculas, ya sea que se acceda, como se hacía originalmente, a través de un cálculo manual, o mediante modelos físicos de madera/plástico, o ahora digitalmente, a través de un software de química computacional . En términos prácticos, los modelos CPK , desarrollados y nombrados en honor a Robert Corey , Linus Pauling y Walter Koltun, [3] fueron los primeros modelos moleculares físicos ampliamente utilizados basados en radios de van der Waals, y permitieron un amplio uso pedagógico y de investigación de un modelo que mostraba las superficies de van der Waals de las moléculas.
El concepto del título está relacionado con las ideas de volumen de van der Waals , V w , y área superficial de van der Waals, abreviadas de diversas formas como A w , vdWSA, VSA y WSA. [ cita requerida ] Un área superficial de van der Waals es una concepción abstracta del área superficial de átomos o moléculas a partir de una estimación matemática, ya sea calculándola a partir de los primeros principios o integrándola sobre un volumen de van der Waals correspondiente. En el caso más simple, para un gas monoatómico esférico, es simplemente el área superficial calculada de una esfera de radio igual al radio de van der Waals del átomo gaseoso:
El volumen de van der Waals , un tipo de volumen atómico o molecular, es una propiedad directamente relacionada con el radio de van der Waals y se define como el volumen ocupado por un átomo individual o, en un sentido combinado, por todos los átomos de una molécula. Se puede calcular para átomos si se conoce el radio de van der Waals, y para moléculas si se conocen los radios de sus átomos y las distancias y ángulos interatómicos. Como se indicó anteriormente, en el caso más simple, para un gas monoatómico esférico, V w es simplemente el volumen calculado de una esfera de radio igual al radio de van der Waals del átomo gaseoso:
Para una molécula, V w es el volumen encerrado por la superficie de van der Waals ; por lo tanto, el cálculo de V w presupone la capacidad de describir y calcular una superficie de van der Waals. Los volúmenes de van der Waals de las moléculas son siempre menores que la suma de los volúmenes de van der Waals de sus átomos constituyentes, debido al hecho de que las distancias interatómicas resultantes del enlace químico son menores que la suma de los radios atómicos de van der Waals. En este sentido, una superficie de van der Waals de una molécula diatómica homonuclear puede verse como una superposición pictórica de las dos superficies esféricas de van der Waals de los átomos individuales, de igual modo para moléculas más grandes como el metano, el amoníaco, etc. (ver imágenes).
Los radios y volúmenes de van der Waals se pueden determinar a partir de las propiedades mecánicas de los gases (el método original, determinando la constante de van der Waals ), del punto crítico (por ejemplo, de un fluido), de mediciones cristalográficas del espaciamiento entre pares de átomos no enlazados en cristales, o de mediciones de propiedades eléctricas u ópticas (es decir, polarizabilidad o refractividad molar ). En todos los casos, las mediciones se realizan en muestras macroscópicas y los resultados se expresan como cantidades molares . Los volúmenes de van der Waals de un solo átomo o moléculas se obtienen dividiendo los volúmenes determinados macroscópicamente por la constante de Avogadro . Los diversos métodos dan valores de radio que son similares, pero no idénticos, generalmente dentro de 1–2 Å (100–200 pm ). Se obtienen valores tabulados útiles de los radios de van der Waals tomando una media ponderada de varios valores experimentales diferentes y, por esta razón, se verá que diferentes tablas presentan diferentes valores para el radio de van der Waals del mismo átomo. También se ha argumentado que el radio de van der Waals no es una propiedad fija de un átomo en todas las circunstancias, sino que variará con el entorno químico del átomo. [2]
