Siły van der Waalsa

Siły van der Waalsa to słabe fizyczne siły przyciągania między neutralnymi atomami, cząsteczkami lub cząstkami. Powstają one w wyniku istnienia tymczasowych lub trwałych dipoli elektrycznych. Siły te działają na krótkich dystansach i gwałtownie maleją wraz ze wzrostem odległości.

Siła adhezji van der Waalsa między dwiema cząstkami kulistymi (podejście Hamakera):

F_vdW = (A_H * R) / (12 * D^2)

• F_vdW to siła van der Waalsa między dwiema cząstkami (N)
• A_H to stała Hamakera materiału (J)
• R to efektywny promień cząstki (m)
• D to odległość między powierzchniami cząstek (m)

W technologii proszków i materiałów sypkich siły van der Waalsa są szczególnie istotne w przypadku drobnych i ultradrobnych cząstek. Wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru cząstek zyskują one znacznie na znaczeniu w porównaniu z siłą grawitacji. Powodują one aglomerację, kohezję oraz przyleganie bardzo drobnych cząstek do powierzchni.

Energia potencjalna van der Waalsa między cząstkami:

U_vdW = - (A_H * R) / (12 * D)

• U_vdW to energia potencjalna van der Waalsa (J)
• A_H to stała Hamakera (J)
• R to efektywny promień cząstki (m)
• D to odległość między powierzchniami (m)

Siły van der Waalsa wpływają ponadto na płynność, skłonność do pylenia, zachowanie podczas mieszania oraz segregację. Są one kluczowym mechanizmem w procesach aglomeracji na sucho, granulacji na sucho oraz odpylania w filtrach.

W inżynierii procesowej siły van der Waalsa są celowo wykorzystywane lub redukowane, na przykład poprzez modyfikację powierzchni, dodatek wilgoci, granulację lub doprowadzenie energii mechanicznej.