ファンデルワールス力（分子間力）とは？定義・種類・化学的役割
ファンデルワールス力（分子間力）の定義・種類・化学的役割を図解でわかりやすく解説。分子相互作用が物性や溶解度、ナノ・高分子・酵素応用に与える影響。
化学では、ファンデルワールスの力は分子間力の一種です。分子間力は、一緒に分子を保持する比較的弱い力です。ファンデルワールスの力は、分子間力の最弱のタイプです。彼らはオランダの科学者ヨハネスディデリックファンデルワールス（1837年から1923年）にちなんで命名されています。
マイナスに帯電した電子は、分子やイオンの軌道を回っています。電子は分子の一端から他端までわずかに異なる電荷を作ります。このわずかな違いを部分電荷といい、δ-やδ+と呼ばれています。
この用語は、時には緩くすべての分子間力の同義語として使用されています。ファンデルワールス力は、共有結合に比べて比較的弱いですが、超分子化学、酵素、高分子科学、ナノテクノロジー、表面科学、および凝縮系物理学の基本的な役割を果たしています。ファンデルワールス力は、その溶解度を含む有機化合物の多くのプロパティを定義します。
ファンデルワールス力の種類（概要）
- ロンドン分散力（誘起双極子–誘起双極子相互作用）：すべての分子に存在する最も基本的なタイプで、瞬間的に生じる電子の偏り（瞬間双極子）が近接する分子に誘起双極子を生じさせることで働きます。分子の分極しやすさ（polarizability）が大きいほど強くなり、作用距離は短く、エネルギーは一般に距離のr−6に比例して減衰します。非極性分子どうしや希ガス原子で支配的です。
- 双極子–双極子相互作用（Keesom 相互作用）：永久双極子を持つ分子間で、極性のある部分（δ+ と δ−）同士が引き合う場合に現れます。温度や分子の回転による配向平均の影響を受けます。
- 双極子–誘起双極子相互作用（Debye 相互作用）：永久双極子を持つ分子が、近くにある非極性分子の電子雲を歪め（誘起）、相互作用を引き起こすものです。
水素結合との関係
水素結合は通常、ファンデルワールス力とは区別して扱われます。水素結合はN–H、O–H、F–Hなどの非常に極性の高い結合を介して生じる方向性の強い相互作用で、典型的には約10〜40 kJ·mol−1の強さを持ち、ファンデルワールス力（通常は数kJ·mol−1以下）より強力です。ただし広い意味での「分子間力」の一部として議論されることがあります。
物理化学的特徴（距離・エネルギー・温度依存性）
- ロンドン分散力や双極子誘起相互作用の短距離での依存性は一般にr−6（分子間距離 r）で表されます。これは吸引項の代表的な形です。
- ファンデルワールス力のエネルギースケールは非常に小さく、典型的には0.1〜5 kJ·mol−1程度の弱い結合から成り、分子の大きさや極性、分極率に依存します。
- 温度が高くなると、熱運動により配向がランダム化されるため、双極子相互作用（Keesom）の寄与は弱くなります。ロンドン分散力は温度の影響を受けにくい特徴があります。
化学的・物理的役割（応用と例）
- 沸点・融点の決定：同じ分子式でも分極性や分子量、分子形状の違いによりファンデルワールス力が変わり、沸点・融点に影響します。大きな分子ほど分散力が強く、沸点が高くなる傾向があります。
- 溶解性：溶媒と溶質の間の分子間相互作用（極性・非極性の相性）が溶解を左右します。非極性溶媒ではロンドン分散力が溶解を支配します。
- 表面張力・接着・潤滑：分子間の弱い引力の総和が液体の表面張力や固体間の付着力に寄与します。ナノスケールではこれらの力が材料の挙動に大きな影響を与えます。
- 生体分子の折りたたみ・相互作用：タンパク質の疎水性コア形成やDNAの塩基の積み重なり（π–π相互作用）などで、分散力や双極子相互作用が重要な役割を果たします。酵素と基質の結合や受容体–リガンド相互作用にも寄与します。
- 材料科学・ナノテクノロジー：薄膜の成長、自己組織化、カーボン材料やポリマーの配向と物性に影響します。表面力顕微鏡（AFM）などで直接測定されることもあります。
簡単な見分け方と実例
- 非極性分子（N2、O2、アルカン）は主にロンドン分散力で凝集する。
- 極性分子（HCl、SO2）は双極子–双極子相互作用が効くため、同程度の分子量の非極性分子より沸点が高い。
- フッ化水素（HF）や水（H2O）は水素結合が寄与し、非常に高い沸点や独特の物性を示す。
まとめ
ファンデルワールス力は分子や原子間に働く弱いが広範な相互作用の総称で、ロンドン分散力、双極子–双極子相互作用（Keesom）、双極子–誘起双極子相互作用（Debye）などを含みます。個々の寄与は小さいものの、集合的には物質の相や物性（融点・沸点・溶解性・表面特性など）を決定づけ、生体分子や材料の機能にも深く関わっています。
ヤモリはファンデルワールスの力で壁や天井にくっつくことができます。
質問と回答
Q:ファンデルワールス力とは何ですか?
A: ファンデルワールス力とは、分子間力の一種で、分子同士を引き寄せる力です。分子間力の中で最も弱い力です。
Q: ヨハネス・デイデリック・ファン・デル・ワールスとは何者か?
A: ヨハネス・ディデリック・ファン・デル・ワールスは、1837年から1923年まで生きたオランダの科学者で、ファンデルワールス力は彼の名にちなんで名づけられました。
Q: 部分電荷とは何ですか?
A: 部分電荷とは、分子やイオンの一端と他端との間の電荷のわずかな差のことで、電子が互いに反応して軌道を移動したときに生じます。δ-またはδ＋という変数で表されます。
Q: ヴァン・デル・ウォールスの力は他の力と比べてどうなのか?
A: ファンデルウォール力は共有結合よりも弱く、通常は水素結合よりも弱いですが、それでも化学、酵素、ポリマー科学、ナノテクノロジー、表面科学、物性物理など多くの分野で重要な役割を担っています。
Q: ヴァンデルウォール力は有機化合物のどのような性質を定義しているのですか?
A: ヴァン・デル・ウォールズ力は、有機化合物の溶解能力を含む多くの特性を定義しています。
Q: 「超分子」とはどういう意味ですか?
A: 超分子とは、個々の原子や分子が相互に作用するよりも大きなスケールでの分子間の相互作用のことを指します。
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