வான் டெர் வால்ஸ் விசை

மூலக்கூற்று இயற்பியலில் வான் டெர் வால்சு விசை (Van der Waals force) எனப்படுவது பங்கீட்டு வலுப் பிணைப்பு, ஐதரசன் பிணைப்பு மற்றும் அயன்களிக்கிடையேயான கவர்ச்சி, தள்ளுகை ஆகியவற்றைத் தவிர மூலக்கூறுகளிக்கிடையே காணப்படும் அனைத்துத் தள்ளுகை மற்றும் கவர்ச்சி விசைகளின் கூட்டற்பேறு ஆகும். இவ்விசை நெதர்லாந்தைச் சேர்ந்த அறிவியலாளரான யோகான்னசு வான் டெர் வால்சு என்பவரை நினைவுகூரும் முகமாக பெயரிடப்பட்டது. இவ்விசை மூன்று பிரதான விசைகளின் கூட்டு விளைவாகும்:

• இரண்டு நிலையான இருமுனைவு மூலக்கூறுகளிக்கிடையேயான கவர்ச்சி விசை (கீசோம் விசை)
• ஒரு நிலையான இருமுனைவு மூலக்கூறுக்கும், அதனால் தூண்டப்பட்ட ஒரு தற்காலிக இருமுனைவு மூலக்கூறிக்கிடையேயான கவர்ச்சி விசை (டிபாய் விசை)
• ஒரே நேரத்தில் ஒன்றையொன்று தூண்டி உருவாகும் இரண்டு தற்காலிக இருமுனைவு மூலக்கூறுகளிக்கிடையேயான கவர்ச்சி விசை (லண்டன் விசை)

வான் டெர் வால்ஸ் விசை காரணமாகவே பல்லிகள் சுவரிலோ, கண்ணாடியிலோ ஒட்டிக்கொள்கின்றன.

இவ்விசையானது பங்கீட்டு வலுப் பிணைப்பு, அயன் பிணைப்பு, ஐதரசன் பிணைப்பு ஆகிய பிணைப்பு விசைகளை விட மிகவும் வலிமை குறைவானது. எனினும் இவ்விசை இயற்கையிலும், மனிதப் பயன்பாட்டிலும் முக்கியத்துவமானது. உயிரியல் கட்டமைப்பு, வேதியியல், நனோ தொழினுட்பம் போன்ற துறைகளில் இதன் பயன்பாடு முக்கியமானது. இவ்விசையின் தாக்கம் குறைந்த தூரத்துக்கே காணப்படும். அதிக தூரத்தில் இவ்விசை புறக்கணிக்கத்தக்களவில் குறைவடையும்.

அணுக்கள், மூலக்கூறுகள், மேற்பரப்புகள் ஆகியவற்றுக்கிடையே காணப்படும் கவர்ச்சி மற்றும் விலக்கல் விசைகள் வான் டெர் வால்ஸ் விசையினுள் அடங்கும். மாறுபடும் முனைவாக்கமுடைய மூலக்கூறுகளிக்கிடையே இவ்விசை தொழிற்படுகின்றது. ஐதரசன் பிணைப்பும் இது போன்ற விசையானாலும், இதன் விசையின் அளவு ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாகும். பவுலி தவிர்ப்புத் தத்துவத்தின் அடிப்படையில் மூலக்கூறுகளின் அழிவைத் தடுக்கும் விசை வான் டெர் வால்ஸ் விசையின் தள்ளுகைக் கூறுகளில் பிரதானமானதாகும்.

சடத்துவ வாயு அணுக்களிக்கிடையே உள்ள விசையைத் தவிர அனைத்து வான் டெர் வால்ஸ் விசைகளும் திசை வேற்றுமை உடையனவாகும். மூலக்கூறுகள் அடுக்கப்பட்டுள்ள விதத்தைப் பொறுத்து வான் டெர் வால்ஸ் விசை வேறுபடும். லண்டன் விசையும், டிபாய் விசையும் எப்போதும் கவர்ச்சியை ஏற்படுத்தும் விசைகளாகும். எனினும் கீசோம் விசை மூலக்கூறுகள் உள்ள விதத்தின் அடிப்படையில் வேறுபடுகின்றது.

ஒற்றை கரிம மூலக்கூறு மற்றும் ஒரு உலோக பரப்பிற்கிடையேயான வான் டெர் வால்ஸ் விசையின் வலிமையை அணுவிசை நுண்ணோக்கி மூலம் 2012ல் முதல் முறையாக நேரிடையான அளவீடப்பட்டது.

விசையைக் கணித்தல்

வான் டெர் வால்ஸ் விசையை ஆக்கும் விசைகளினைக் கூட்டுவதன் மூலம் இவ்விசையைக் கணிக்கலாம். வான் டெர் வால்ஸ் விசை பொருட்களின் கனவளவுக்கும், வடிவத்துக்கும் ஏற்றவாறு வேறுபடக்கூடியது. R₁ மற்றும் R₂ ஆகிய ஆரைகளையுடைய இரு கோளங்களிக்கிடையேயான வான் டெர் வால்ஸ் விசையைக் கணிக்கும் முறையை ஹாமாக்கர் என்பவர் 1937ஆம் ஆண்டு அறிமுகப்படுத்தினார்:

${\begin{aligned}&U(z;R_{1},R_{2})\\=-&{\frac {A}{6}}\left({\frac {2R_{1}R_{2}}{z^{2}-(R_{1}+R_{2})^{2}}}+{\frac {2R_{1}R_{2}}{z^{2}-(R_{1}-R_{2})^{2}}}+\ln \left[{\frac {z^{2}-(R_{1}+R_{2})^{2}}{z^{2}-(R_{1}-R_{2})^{2}}}\right]\right)\end{aligned}}$

(1)

இன்கே A ஹாமாக்கர் குணகத்தைக் குறிக்கின்றது. இதன் பெறுமானம் பதார்த்தங்களின் இயல்புகளைப் பொறுத்து ~10⁻¹⁹ − 10⁻²⁰ J ஆகியவற்றுக்கிடையில் வேறுபடும். இங்கே z என்பது கோளங்களின் மையங்களுக்கிடையேயான தூரத்தைக் குறிக்கும்.

இரு கோளங்களும் மிக அருகே காணப்படுமாயின் அவற்றின் ஆரைகளின் கூட்டுத்தொகையே zக்குச் சமனாகும். எனவே இதனைக் கொண்டு வான் டெர் வால்ஸ் விசையால் ஏற்படுத்தப்படும் அழுத்த சக்தியை இவ்வாறு கணிக்கலாம்:

$\ U(r;R_{1},R_{2})=-{\frac {AR_{1}R_{2}}{(R_{1}+R_{2})6r}}$

(2)

அழுத்த சக்தியைக் கொண்டு சமன்பாடை மேலும் சுருக்கி மாறிலியான ஆரையுடைய கோளங்களுக்கான வான் டெர் வால்ஸ் விசையைக் கணிக்கலாம்:

$\ F_{VW}(r)=-{\frac {AR_{1}R_{2}}{(R_{1}+R_{2})6r^{2}}}$

(3)

(சமன்பாடிலுள்ள மறைக் குறியீடு (-) விசை கவர்ச்சி விசையெனக் காட்டுகின்றது) மேலுள்ள சமன்பாடின் படி துணிக்கைகளின் பருமன் குறைவடைய வான் டெர் வால்ஸ் விசையும் குறைவடைகின்றது. எனினும் சிறிய துணிக்கைகளில் ஏனைய விசைகளின் ஆதிக்கம் குறைவாக இருப்பதால், அங்கே வான் டெர் வால்ஸ் விசையே ஆதிக்கமான விசையாகக் காணப்படும். எனவே பெரிய துணிக்கைகளின் கலவையை விட தூளாக உள்ள சிறிய துணிக்கைகளிக்கிடையே வான் டெர் வால்ஸ் விசையின் ஆதிக்கம் அதிகமாகும். இப்பண்பு சிறிய துணிக்கைகளிக்கிடையே உள்ள பிணைவு விசைக்குக் காரணமாகும்.