La superficie de Van der Waals de una molécula es una representación o modelo abstracto de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy aproximados, podría residir una superficie para la molécula basándose en los cortes estrictos de los radios de Van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual se podría concebir que la molécula interactúa con otras moléculas. [ cita necesaria ] También conocida como envolvente de van der Waals, la superficie de van der Waals lleva el 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 explicaba la volumen distinto de cero de átomos y moléculas, y en que exhiben una fuerza de atracción cuando interactúan (construcciones teóricas que también llevan su nombre). Las superficies de van der Waals son, por tanto, una herramienta utilizada en las representaciones abstractas de moléculas, ya sea a las que se accede, como se hacía originalmente, mediante cálculos manuales o mediante modelos físicos de madera/plástico, o ahora digitalmente, mediante 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 muestra las superficies de van der Waals de las moléculas.
Relacionadas con el concepto del título están las ideas de volumen de van der Waals , V w y área de superficie de van der Waals, abreviadas de diversas formas como A w , vdWSA, VSA y WSA. [ cita necesaria ] Un área de superficie de van der Waals es una concepción abstracta del área de superficie de átomos o moléculas a partir de una estimación matemática, ya sea calculándola desde 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 de superficie 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 sentido combinado, por todos los átomos de una molécula. . Puede calcularse 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 arriba, 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 tanto, el cálculo de V w supone la capacidad de describir y calcular una superficie de van der Waals. Los volúmenes de moléculas de van der Waals 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 se puede ver como una superposición pictórica de las dos superficies esféricas de Van der Waals de los átomos individuales, lo mismo ocurre con moléculas más grandes como metano, 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, que determina la constante de van der Waals ), desde el punto crítico (por ejemplo, de un fluido), a partir de mediciones cristalográficas del espaciado entre pares de no unidos. átomos 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 en cantidades molares . Los volúmenes de van der Waals de un solo átomo o molécula se obtienen dividiendo los volúmenes determinados macroscópicamente por la constante de Avogadro . Los distintos métodos dan valores de radio que son similares, pero no idénticos, generalmente dentro de 1 a 2 Å (100 a 200 pm ). Los valores tabulados útiles de los radios de van der Waals se obtienen 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. Además, 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]
