Поверхность Ван-дер-Ваальса

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Поверхность Ван-дер-Ваальса» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( июль 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Эта научная статья требует дополнительных ссылок на вторичные или третичные источники, такие как обзорные статьи, монографии или учебники. Пожалуйста, добавьте такие ссылки, чтобы представить контекст и установить релевантность любых цитируемых первичных исследовательских статей . Материал, не полученный или полученный из плохих источников, может быть оспорен и удален. ( Июнь 2015 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Радиусы Ван-дер-Ваальса
Элемент	радиус ( Å )
Водород	1,2 (1,09) ^[1]
Углерод	1,7
Азот	1,55
Кислород	1,52
Фтор	1,47
Фосфор	1,8
Сера	1,8
Хлор	1,75
Медь	1.4
Радиусы Ван-дер-Ваальса взяты из компиляции Бонди (1964). ^[2] Значения из других источников могут значительно отличаться ( см. Текст )

Ван - дер - Ваальса поверхность из молекулы является абстрактным представлением или модели этой молекулы, иллюстрирующего , где, в очень грубых чертах, поверхность может постоянно находиться в молекуле , основанной на жестких выжима Ван - дер - ваальсовых радиусов для отдельных атомов, и она представляет собой поверхность, через которую молекула может рассматриваться как взаимодействующая с другими молекулами. ^{[ необходима цитата ]} Также называемая оболочкой Ван-дер-Ваальса, поверхность Ван-дер-Ваальса названа в честь Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса , голландского физика-теоретика и термодинамика, который разработал теорию для получения уравнения состояния жидкости и газаэто объясняет ненулевой объем атомов и молекул, а также их силу притяжения при взаимодействии (теоретические конструкции, которые также носят его имя). Таким образом, поверхности Ван-дер-Ваальса являются инструментом, используемым в абстрактных представлениях молекул, независимо от того, доступ к ним осуществляется, как это было изначально, с помощью ручных расчетов или с помощью физических моделей дерева / пластика, или теперь в цифровом виде с помощью программного обеспечения для вычислительной химии . Фактически, модели CPK , разработанные и названные в честь Роберта Кори , Линуса Полинга и Уолтера Колтуна , ^[3] были первыми широко используемыми физическими молекулярными моделями, основанными на радиусах Ван-дер-Ваальса, и позволили широко использовать в педагогических и исследовательских целях модель, показывающую ван-дер-ваальсовы поверхности молекул.

Объем Ван-дер-Ваальса и площадь Ван-дер-Ваальса [ править ]

Метан, CH ₄ , заполнение пространства, представление Ван-дер-Вааля, углерод (C) в черном, водород (H) в белом. В химии , А пространство заполнения модель представляет собой тип трехмерного (3D) молекулярной модели , где атомы представлены в виде сфер, радиусы которых, либо как Ван - дер - ваальсовых радиусов или иным образом , пропорционально радиусов атомов . Межцентровые расстояния атомов пропорциональны расстояниям между атомными ядрами , все в одном масштабе. Атомы разных химических элементов обычно представлены сферами разного цвета, см. Ниже.

С концепцией названия связаны идеи объема Ван-дер-Ваальса , V _w , и площади поверхности Ван-дер-Ваальса, обозначаемых различными сокращениями как A _w , vdWSA, VSA и WSA. ^{[ необходимая цитата ]} Площадь поверхности Ван-дер-Ваальса - это абстрактное понятие площади поверхности атомов или молекул на основе математической оценки, вычисленной либо из первых принципов, либо путем интегрирования по соответствующему объему Ван-дер-Ваальса. В простейшем случае для сферического одноатомного газа это просто вычисленная площадь поверхности сферы с радиусом, равным ван-дер-ваальсовому радиусу газообразного атома:

${\ Displaystyle А _ {\ rm {w}} = 4 \ pi r _ {\ rm {w}} ^ {2}}$ .

Объем Ван-дер-Ваальса , тип атомного или молекулярного объема, является свойством, непосредственно связанным с радиусом Ван-дер-Ваальса , и определяется как объем, занимаемый отдельным атомом или, в комбинированном смысле, всеми атомами молекулы. . Его можно рассчитать для атомов, если известен Ван-дер-Ваальсовский радиус, и для молекул, если известны радиусы атомов, межатомные расстояния и углы. Как и выше, в простейшем случае для сферического одноатомного газа V _w - это просто вычисленный объем сферы с радиусом, равным ван-дер-ваальсовому радиусу газообразного атома:

${\ displaystyle V _ {\ rm {w}} = {4 \ over 3} \ pi r _ {\ rm {w}} ^ {3}}$ .

Для молекулы V _w - объем, заключенный поверхностью Ван-дер-Ваальса ; следовательно, вычисление V _w предполагает способность описывать и вычислять поверхность Ван-дер-Ваальса. Ван-дер-ваальсовые объемы молекул всегда меньше суммы ван-дер-ваальсовых объемов составляющих их атомов, из-за того, что межатомные расстояния, возникающие в результате химической связи , меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов атомов. В этом смысле поверхность Ван-дер-Ваальса гомоядерной двухатомной молекулы можно рассматривать как графическое наложение двух сферических ван-дер-ваальсовых поверхностей отдельных атомов, а также для более крупных молекул, таких как метан, аммиак и т. Д. (См. Изображения).

Радиусы и объемы Ван-дер-Ваальса могут быть определены из механических свойств газов (исходный метод определения постоянной Ван-дер-Ваальса ), из критической точки (например, жидкости), из кристаллографических измерений расстояния между парами несвязанных атомов в кристаллах, или из измерений электрических или оптических свойств (например, поляризуемости или молярной рефракции ). Во всех случаях измерения проводятся на макроскопических образцах, и результаты выражаются в молярных количествах. Объемы Ван-дер-Ваальса отдельного атома или молекул достигаются путем деления макроскопически определенных объемов на постоянную Авогадро.. Различные методы дают значения радиуса, которые похожи, но не идентичны - обычно в пределах 1–2 Å (100–200 мкм ). Полезные табличные значения радиусов Ван-дер-Ваальса получаются путем взятия средневзвешенного ряда различных экспериментальных значений, и по этой причине в разных таблицах будут представлены разные значения радиуса Ван-дер-Ваальса для одного и того же атома. Также утверждалось, что радиус Ван-дер-Ваальса не является фиксированным свойством атома при любых обстоятельствах, скорее, он будет меняться в зависимости от химического окружения атома. ^[2]

Галерея [ править ]

Аммиак, NH ₃ , заполнение пространства, представление по Ван-дер-Ваалю, азот (N) синим цветом, водород (H) белым цветом.
Фосфин, PH ₃ , заполнение пространства, представление на основе Ван-дер-Ваала, наложенная модель шара и палки, фосфор (P) оранжевым цветом, водород (H) белым.
Пространство заполнения модель п октана , прямой цепью (нормальный) углеводородный состоит из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода, формулы: СН ₃ СН ₂ (СН ₂ ) ₄ СН ₂ СН ₃ или C
₈ЧАС
₁₈. Обратите внимание, что показанный представитель представляет собой единую конформационную «позу» популяции молекул, которая из-за низких энергетических барьеров Гиббса вращается вокруг своих углерод-углеродных связей (что придает углеродной «цепи» большую гибкость). обычно состоит из очень большого количества различных таких конформаций (например, в растворе).
Пример трехмерной, заполняющей пространство, основанной на Ван-дер-Ваале модели сложной молекулы ТГК , активного агента в медицинской марихуане. Возможно, вам потребуется щелкнуть изображение, чтобы увидеть поворот.
Сероводород, H ₂ S, заполнение пространства, представление на основе Ван-дер-Ваала, наложенная модель шара и палки, сера (S) желтым цветом, водород (H) белым цветом, заштрихованным синим цветом. Оно также показывает на ее поверхность на электростатический потенциал поверхности , вычисленную для молекулы в неизвестной моде , ^{[ править ]} с использованием вычислительной химии инструменты. Он закрашен от синего для электроположительных участков до красного для электроотрицательных участков.

См. Также [ править ]

Сила Ван-дер-Ваальса
Молекула Ван-дер-Ваальса
Радиус Ван-дер-Ваальса
Штамм Ван-дер-Ваальса

Дальнейшее чтение [ править ]

Д.К. Уитли, Графики поверхностей Ван-дер-Ваальса и форма молекул , Журнал математической химии , Том 23, номера 3-4, 1998 г., стр. 377–397 (21).
М. Петижан, Об аналитическом расчете ван-дер-ваальсовых поверхностей и объемов: некоторые численные аспекты , Журнал вычислительной химии , том 15, номер 5, 1994, стр. 507–523.

Ссылки и примечания [ править ]

Перейти ↑ Rowland RS, Taylor R (1996). «Межмолекулярные несвязанные контактные расстояния в органических кристаллических структурах: сравнение с расстояниями, ожидаемыми от радиусов Ван-дер-Ваальса». J. Phys. Chem . 100 (18): 7384–7391. DOI : 10.1021 / jp953141 + .
^ Б Bondi, А. (1964). "Объемы и радиусы Ван-дер-Ваальса". J. Phys. Chem. 68 (3): 441–51. DOI : 10.1021 / j100785a001 .
^ Роберт Б. Кори и Линус Полинг, 1953, "Молекулярные модели аминокислот, пептидов и белков", Rev. Sci. Instrum. , 24 (8), pp. 621–627, DOI 10.1063 / 1.1770803, см. [1] , по состоянию на 23 июня 2015 г.

Внешние ссылки [ править ]

VSA для различных молекул Антона Антонова, The Wolfram Demonstrations Project , 2007.
Радиусы Ван-дер-Ваальса , Глоссарий структурной биологии, Библиотека изображений биологических макромолекул.
Аналитический расчет поверхностей и объемов Ван-дер-Ваальса.

[RowlandRS1996-1] Перейти ↑ Rowland RS, Taylor R (1996). «Межмолекулярные несвязанные контактные расстояния в органических кристаллических структурах: сравнение с расстояниями, ожидаемыми от радиусов Ван-дер-Ваальса». J. Phys. Chem . 100 (18): 7384–7391. DOI : 10.1021 / jp953141 + .

[Bondi1964-2] Б Bondi, А. (1964). "Объемы и радиусы Ван-дер-Ваальса". J. Phys. Chem. 68 (3): 441–51. DOI : 10.1021 / j100785a001 .

[corpau-3] Роберт Б. Кори и Линус Полинг, 1953, "Молекулярные модели аминокислот, пептидов и белков", Rev. Sci. Instrum. , 24 (8), pp. 621–627, DOI 10.1063 / 1.1770803, см. [1] , по состоянию на 23 июня 2015 г.

[1]