במרוצת השנים ניסו חוקרים ופילוסופים להבין ולהסביר תופעות טבע בסיסיות. הרצון המתמיד לחקור וללמוד את הטבע תרם רבות להבנת הכוחות שמגדירים, מעצבים ומסבירים תופעות מכל הסוגים.
ארבעה כוחות יסוד פועלים בטבע – הכוח הגרעיני החלש, הכוח הגרעיני החזק, כוח הכבידה וכוחות אלקטרומגנטיים. בטבע, כל הארבעה פועלים בו-זמנית על כל העצמים ובעלי החיים. אך מה לגבי אטומים ומולקולות?
גופים ניטראליים, ללא מטען, מושפעים בעיקר מכוח הכבידה, ולכן הוא הכוח העיקרי השולט בתנועת הכוכבים ובמשיכת גופים לאדמה. לעומת זאת, השפעת כוח הכבידה על אטומים, המורכבים ממטענים חיוביים (פרוטונים) ושליליים (אלקטרונים) זניחה יחסית לכוח האלקטרומגנטי המקשר בין אטומים שונים ויוצר ביניהם מערכות מורכבות יותר כמו מולקולות. למעשה, הכוח האלקטרומגנטי אחראי ליצירתם של כמה וכמה סוגי קשרים אפשריים בין מולקולות ואטומים. הקשרים האלה שונים זה מזה בחוזקם ובאופיים, ולכן כל סוג של קשר אחראי על תכונותיהם השונות של חומרים ועל תופעות טבע מרתקות ומגוונות.
דוגמא נפלאה לתופעת טבע כזו היא יכולתה המופלאה של השממית ללכת על עצמים מאונכים בלי ליפול ארצה. כיצד זה אפשרי? התשובה, תאמינו או לא, קשורה לקשרים בין מולקולות שקרויים קשרי ואן דר ואלס (Van Der Waals). אך כדי להבין מהם הקשרים האלה ואיך הם מקנים לשממית את היכולת המופלאה שלה, עלינו להבין תחילה מהו הכוח האלקטרומגנטי ואיך הוא גורם לקשרים האלה להיווצר.
הכוח האלקטרומגנטי
כוח אלקטרומגנטי הוא כוח המשלב שני סוגים של כוחות שנוצרים בנוכחות מטענים חשמליים – כוח חשמלי וכוח מגנטי. הכוחות הפועלים בין האטומים והמולקולות בטבע הם בעיקר כוחות אלקטרוסטטיים (מעין כוח חשמלי בין מטענים שאינם נעים) והם אלו שמגדירים את סוגו, חוזקו ואופיו של הקשר הנוצר ביניהם.
נוכחותם של מטענים חשמליים, פרוטונים ואלקטרונים, במבנה האטום הם הסיבה לקיומם של כוחות חשמליים בין כל צמד של אטומים או מולקולות. סוג הקשר, חוזקו ואופיו יקבע בהתאם לסוג האטומים והמולקולות המגיבים ולתנאי הסביבה שהם נמצאים בה. בין הקשרים האפשריים האלה בין מולקולות ואטומים אפשר למנות קשרים קוולנטיים, קשרים יוניים וקשרי מימן.
כל הקשרים האלה נובעים מכוחות אלקטרוסטטיים הפועלים בין האטומים והמולקולות. בנוסף להם קיימים גם קשרים אחרים, שנובעים מכוחות חשמליים אחרים הנגרמים דווקא מהתנועה של מטענים באטומים ובמולקולות שגורמת לתופעה הפיסיקלית שנקראת קיטוב. כוחות אלה נקראים כוחות ואן דר ואלס והקשרים – קשרי ואן דר ואלס.
קיטוב ויצירת דיפול במולקולות
קיטוב הוא מצב שנוצר כשהאלקטרונים במולקולה או באטום אינם מפוזרים בצורה אחידה. כלומר, אם מספר האלקטרונים באזור מסוים במולקולה גדול יותר מאזור אחר, נאמר שהמולקולה מקוטבת. האזור שבו ריכוז האלקטרונים גדול יותר ייחשב הצד השלילי ויסומן באופן הבא:(-δ). האזור שבו ריכוז האלקטרונים יהיה נמוך יותר יוגדר כצד החיובי (+δ).
את מידת הפיצול של המטענים במולקולה אפשר לכמת באמצעות מושג שנקרא דיפול שמתאר את גודלו וכיוונו של הקיטוב. ככל שמספר האלקטרונים בצד השלילי גדול יותר (כלומר -δגדול יותר) נאמר שהדיפול גדול יותר. ערכו של הדיפול יעלה גם ככל שיגדל המרחק בין הצד החיובי לצד השלילי של המולקולה. את הדיפול מציירים בצורת חץ שאורכו מציין את גודל הקיטוב וכיוונו מורה על כיוון הקיטוב.