ファンデルワールス面

分子のファンデルワールス面は、分子の抽象的な表現またはモデルであり、個々の原子のファンデルワールス半径のハードカットオフに基づいて、非常に大まかに言えば、分子の表面が存在する可能性がある場所を示し、分子が他の分子と相互作用すると考えられる表面を表します。^[要出典]ファンデルワールス面は、ファンデルワールスエンベロープ とも呼ばれ、原子と分子の非ゼロの体積と、相互作用したときにそれらが示す引力を考慮した液体-気体状態方程式を提供する理論を開発したオランダの理論物理学者および熱力学者であるヨハネス・ディデリク・ファンデルワールスにちなんで名付けられました (理論的構築にも彼の名前が付けられています)。そのため、ファンデルワールス面は、元々は手計算でアクセスされていたか、物理的な木製/プラスチックモデルでアクセスされていたか、現在では計算化学ソフトウェアでデジタル的にアクセスされているかに関係なく、分子の抽象的な表現に使用されるツールです。実際には、ロバート・コーリー、ライナス・ポーリング、ウォルター・コルトンによって開発され、彼らにちなんで名付けられたCPKモデル^[3]は、ファンデルワールス半径に基づく最初の広く使用された物理分子モデルであり、分子のファンデルワールス面を示すモデルの幅広い教育および研究利用を可能にしました。

タイトルの概念に関連して、ファンデルワールス体積V _wとファンデルワールス表面積という概念があり、これらは A _w、vdWSA、VSA、WSAなどと略されます。 ^[要出典] ファンデルワールス表面積は、第一原理から計算するか、対応するファンデルワールス体積を積分することによって、数学的な推定から得られる原子または分子の表面積の抽象的な概念です。最も単純なケースでは、球状の単原子ガスの場合、それは単に、気体原子のファンデルワールス半径に等しい半径の球の表面積を計算したものです。

${\displaystyle A_{\rm {w}}=4\pi r_{\rm {w}}^{2}}$。

ファンデルワールス体積は、原子または分子の体積の一種で、ファンデルワールス半径に直接関連する特性であり、個々の原子、または分子のすべての原子が占める体積として定義されます。ファンデルワールス半径がわかっている場合は原子について計算でき、原子の半径と原子間の距離と角度がわかっている場合は分子について計算できます。上記のように、最も単純なケースでは、球状の単原子ガスの場合、V _{w は}、ガス状原子のファンデルワールス半径に等しい半径の球の計算された体積です。

${\displaystyle V_{\rm {w}}={4 \over 3}\pi r_{\rm {w}}^{3}}$。

分子の場合、V _{w は}ファンデルワールス面に囲まれた体積です。したがって、V _{wの計算には、ファンデルワールス面を記述および計算する能力が前提となります。分子のファンデルワールス体積は、}化学結合から生じる原子間距離が原子のファンデルワールス半径の合計よりも小さいため、常にその構成原子のファンデルワールス体積の合計よりも小さくなります。この意味で、等核二原子分子のファンデルワールス面は、個々の原子の 2 つの球状ファンデルワールス面の図上の重なりとして考えることができます。これは、メタン、アンモニアなどのより大きな分子でも同様です (画像を参照)。

ファンデルワールス半径と体積は、気体の機械的性質 (ファンデルワールス定数を決定する元の方法)、臨界点(流体など)、結晶中の非結合原子対の間隔の結晶学的測定、または電気的または光学的性質 (分極率またはモル屈折率) の測定から決定できます。すべての場合において、測定はマクロなサンプルに対して行われ、結果はモル量として表されます。単一の原子または分子のファンデルワールス体積は、マクロ的に決定された体積をアボガドロ定数で割ることで得られます。さまざまな方法で得られる半径値は似ていますが、同一ではありません。通常、1～2  Å (100～200  pm ) の範囲内です。有用なファンデルワールス半径の表の値は、いくつかの異なる実験値の加重平均を取ることで得られます。このため、同じ原子のファンデルワールス半径に対して、異なる表に異なる値が表示されることがあります。また、ファンデルワールス半径はあらゆる状況において原子の固定された特性ではなく、原子の化学的環境によって変化すると主張されている。^[2]

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  アンモニア、NH ₃、空間充填、ファンデルワールスに基づく表現、窒素 (N) は青、水素 (H) は白。
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  ホスフィン、PH ₃、空間充填、ファンデルワールスに基づく表現、重ね合わせたボールと棒のモデル、リン (P) はオレンジ、水素 (H) は白。
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  n-オクタンの空間充填モデル。8個の炭素と18個の水素からなる直鎖（ノルマル）炭化水素で、式はCH ₃ CH ₂ (CH ₂ ) ₄ CH ₂ CH ₃ または Cです。
  ₈H
  ₁₈示されている代表例は、分子集団の単一の立体配座の「ポーズ」であることに注意してください。これは、炭素-炭素結合の回転に対するギブスエネルギー障壁が低いため (炭素「鎖」に大きな柔軟性が与えられます)、通常、非常に多数の異なる立体配座で構成されます (たとえば、溶液中)。
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  医療用マリファナの有効成分であるTHCという複雑な分子の、空間を満たす 3 次元のファンデルワールス力に基づくモデルの例。回転を確認するには、画像をクリックする必要がある場合があります。
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  硫化水素、H ₂ S、空間充填、ファンデルワールスに基づく表現、重ね合わせた球棒モデル、硫黄 (S) は黄色、水素 (H) は青色で塗りつぶされた白色。また、計算化学ツールを使用して、分子に対して未知の方法で計算された静電ポテンシャル面も表面に表示されています。電気陽性領域は青色、電気陰性領域は赤色で塗りつぶされています。

• 分子表面（曖昧さ回避）
• ファンデルワールス力
• ファンデルワールス分子
• ファンデルワールス半径
• ファンデルワールス力

• DC Whitley、「ファンデルワールス表面グラフと分子形状」、Journal of Mathematical Chemistry、第23巻、第3-4号、1998年、pp. 377–397(21)。
• M. Petitjean、「ファンデルワールス表面と体積の解析計算について：いくつかの数値的側面」、Journal of Computational Chemistry、第15巻、第5号、1994年、507〜523頁。

• さまざまな分子の VSA、Anton Antonov 著、The Wolfram Demonstrations Project、2007 年。
• ファンデルワールス半径、構造生物学用語集、生体高分子の画像ライブラリ。
• ファンデルワールス面と体積の解析計算。