Van der Waals und der Gecko

Vor 170 Jahren, am 23. November 1837 wurde der niederländische Physiker Johannes Diderik van der Waals geboren. Er beschäftigte sich mit Molekülen und untersuchte, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Mit den nach ihm benannten Van-der-Waals-Kräften können Geckos an Wänden laufen ...

Johannes Diderik van der Waals wurde am 11. November 1837 in Leiden geboren. Zunächst arbeitete er als Lehrer in Leiden. Er besuchte immer wieder Vorlesungen in Mathematik und Physik an der Universität Leiden, obwohl er kein Abitur hatte.

1866 lehrte er in Den Haag an einer weiterführenden Schule und wurde dann deren Direktor. Nach einer Gesetzesänderung, die ein Studium auch ohne Abitur ermöglichte, schrieb er sich an der Universität ein und beendete 1873 sein Studium als Doktor der Physik. Bis 1908 lehrte er an der Universität Amsterdam als Physikprofessor.

Das Verhalten von Molekülen

Besonders interessiert war er am Verhalten von Molekülen. Alles um dich herum besteht aus kleinsten Teilen, den so genannten Atomen. Diese Atome schließen sich nach bestimmten Regeln zu größeren Einheiten, so genannten Molekülen zusammen. In der Luft, die wir atmen, sind zum Beispiel Sauerstoffmoleküle (chemisches Symbol eines Sauerstoffatoms: O) enthalten, die aus zwei Sauerstoffatomen bestehen: O2.

Van der Waals war nun besonders daran interessiert, wie sich Moleküle verhalten. Dazu widmete er sich der Untersuchung von Gasen. Sie werden besonders von Temperatur und Druck beeinflusst. Er stellte Formeln auf, die zeigen, dass Flüssigkeiten und Gase ineinander übergehen können. Die entsprechenden Formeln wurden nach ihm benannt.

Schwache Anziehungskraft

Bei seinen Forschungen entdeckte er auch die ebenfalls nach ihm benannten Van-der-Waals-Kräfte. Das sind Kräfte, die auf Moleküle untereinander einwirken. Die sind viel schwächer als die Kräfte, die zwischen Atomen wirken und ein Molekül innerlich zusammenhalten. Die Van-der-Waals-Kräfte wirken auch nur, wenn die Moleküle einander sehr nahe kommen, etwa in Flüssigkeiten.Sehr nahe heißt dabei näher als ein Nanometer (ein Milliardstel Meter oder ein Millionstel Millimeter).

Geckos, Spinnen und Physik

Aber die Van-der-Waals-Kräfte werden sowohl in der Natur als auch vom Menschen genutzt. Einige Klebstoffe nutzen sie. Und einige Tiere, die akrobatisch an Wänden und Decken und sogar an Glas hinauf laufen können wie Geckos oder Spinnen, nutzen die Van-der-Waals-Kraft.

Lange rätselte man, was das Geheimnis hinter den Kletterkünsten eines Geckos ist. Man vermutete Saugnäpfe, Klebstoffe oder elektrostatische Anziehung. Jedoch, ein Gecko nutzt die Van-Der-Waals-Kraft, um flink die Wand hinauf zu wieseln. Dazu hat er an seinen Fußsohlen Milliarden kleinster Haare, auf denen wiederum kleinste Härchen sitzen. Die Spitze eines jeden Haares wird nun sehr schwach vom jeweiligen Untergrund angezogen.

Aber weil es so wahnsinnig viele Haare sind, summieren sich die winzigen Kräfte. Insgesamt genügt die Haftkraft aller Haare, damit der Gecko an Wänden, Decken und sogar an Glasscheiben laufen kann. Auch Spinnen wenden dieses Prinzip an. Nun arbeiten Forscher an Klebstreifen, die sich dieses Prinzip zu Nutze machen und die also gut haften, sich aber leicht und rückstandsfrei abziehen lassen.

Warum bleibt aber deine Hand nicht an einer Glasscheibe haften, wenn du sie fest dagegen drückst? Zum einen ist eine Handoberfläche unglaublich rau. Zum anderen ist auch eine Glasscheibe sehr uneben. Vergiss nicht: Van-der-Waals-Kräfte wirken nur, wenn man sich näher als einen Milliardstel Meter kommt. Bei Hand und Glasscheibe ist der Kontakt einfach nicht eng genug. Sowohl deine Haut ist sehr rau und uneben und auch die Glasscheibe ist in molekularem Maßstab alles andere als glatt und eben.

Johann Diderik van der Waals erhielt für seine Arbeiten an Gasen und Flüssigkeiten 1910 den Nobelpreis für Physik. Er starb am 8. März 1923 in Amsterdam.

Text: -jj- 22.11.2007 // Bilder: van der Waals: PD; Gecko: w:Usr:Lpm/GFDL

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