화학에서 반데르발스 힘은 왜 다른 화학결합보다 훨씬 약한데도 중요하게 다뤄지나요?

Question

공유결합이나 이온결합보다 훨씬 약한 반데르발스 힘이 화학에서 여전히 중요하게 다뤄지는 이유가 궁금합니다. 이 약한 힘이 실제로 어떤 물질 특성에 결정적인 영향을 미치는지 궁금합니다

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

반데르발스 힘은 단일 결합 에너지 자체는 미미하지만, 모든 분자에 무조건 존재하는 보편성과 면적이 넓어질수록 눈덩이처럼 커지는 누적성 때문에 화학에서 매우 중요한 위치를 차지합니다.

공유결합이나 이온결합은 전하를 띠거나 전자를 공유할 때만 형성되지만 반데르발스 힘은 전자 구름의 순간적인 불균형으로 인해 무극성 분자와 불활성 기체를 포함한 우주의 모든 입자 사이에 항상 작용합니다. 한 번 묶이면 쉽게 끊어지지 않는 강한 결합과 달리, 적은 에너지 변화로도 쉽게 결합하고 분리되며, 이는 생명체 내부에서 구조가 끊임없이 변해야 하는 생화학적 반응의 핵심 동력이 됩니다. 그 예로 DNA 이중나선 내부에서 염기들이 층층이 쌓여 나선형 기둥을 유지하는 염기 적층 작용과 단백질이 복잡한 3차원 입체 구조로 접히는 핵심 상호작용이 바로 이 힘입니다. 또한, 흑연이 층층이 미끄러지며 연필로 글씨가 쓰이거나 윤활제로 쓰이는 이유는 탄소 층 사이를 묶고 있는 힘이 반데르발스 힘이기 때문입니다.