Межмолекулярное взаимодействие: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
м робот изменил: it:Legami intermolecolari |
м стилевые правки, викификация, ёфикация, шаблон |
||
Строка 1:
'''Межмолекулярное взаимодействие'''
== Природа межмолекулярного взаимодействия ==
Межмолекулярное взаимодействие имеет электрическую природу и складывается из сил притяжения (''ориентационных'', ''индукционных'' и ''дисперсионных'') и сил отталкивания.
=== Ориентационные силы ===
[[
Ориентационные силы действуют между полярными молекулами, то есть обладающими [[дипольный момент|дипольными электрическими моментами]]. Сила притяжения между двумя полярными молекулами максимальна в том случае, когда их дипольные моменты располагаются вдоль одной линии (см. рисунок). Эта сила возникает благодаря тому, что расстояния между разноимёнными зарядами немного меньше, чем между одноимёнными. В результате притяжение диполей превосходит их отталкивание. Взаимодействие диполей зависит от их взаимной ориентации, и поэтому силы дипольного взаимодействия называются ''ориентационными''. Хаотическое тепловое движение непрерывно меняет ориентацию полярных молекул, но, как показывает расчёт, среднее по всевозможным ориентациям значение силы имеет определённую величину, не равную нулю. [[Потенциальная энергия]] ориентационного межмолекулярного взаимодействия:
Строка 12:
</math>
где <math>p_1, p_2</math>
Соответственно, сила взаимодействия:
Строка 22:
Сила <math>F_{or}</math> убывает с расстоянием значительно быстрей, чем [[закон Кулона|кулоновская сила]] взаимодействия заряженных тел (<math>F_{q} \sim r^{-2}</math>).
=== Индукционные
Индукционные (или поляризационные) силы действуют между полярной и неполярной молекулами. Полярная молекула создаёт [[электрическое поле]], которое поляризует молекулу с электрическими зарядами, равномерно распределёнными по объёму. Положительные заряды смещаются по направлению электрического поля (то есть от положительного полюса), а отрицательные
Энергия межмолекулярного взаимодействия в этом случае пропорциональна дипольному моменту <math>p_1</math> полярной молекулы и [[поляризуемость|поляризуемости]] <math>a_2</math>, характеризующей способность другой молекулы поляризоваться:
Строка 33:
Эта энергия называется ''индукционной'', так как она появляется благодаря поляризации молекул, вызванной [[электростатическая индукция|электростатической индукцией]]. Индукционные силы (<math>F_{ind} \sim r^{-7}</math>) действуют также и между полярными молекулами.
=== Дисперсионные силы ===
Между неполярными молекулами действует дисперсионное межмолекулярное взаимодействие. Природа этого взаимодействия была выяснена полностью только после создания [[квантовая механика|квантовой механики]]. В атомах и молекулах [[электрон]]ы сложным образом движутся вокруг ядер. В среднем по времени дипольные моменты неполярных молекул оказываются равными нулю. Но в каждый момент электроны занимают какое-то положение. Поэтому мгновенное значение дипольного момента (например, у атома водорода) отлично от нуля. Мгновенный диполь создаёт электрическое поле, поляризующее соседние молекулы. В результате возникает взаимодействие ''мгновенных диполей''. Энергия взаимодействия между неполярными молекулами есть средний результат взаимодействия всевозможных мгновенных диполей с дипольными моментами, которые они наводят в соседних молекулах благодаря индукции. Потенциальная энергия дисперсионного межмолекулярного взаимодействия:
Строка 40:
</math>
где <math>a_1, a_2</math>
а дисперсионная сила:
Строка 56:
</math>
=== Силы отталкивания ===
Силы отталкивания действуют между молекулами на очень малых расстояниях, когда приходят в соприкосновение заполненные [[электронная оболочка|электронные оболочки]] атомов, входящих в состав молекул. Существующий в квантовой механике [[принцип Паули]]
<math>
Строка 69:
</math>
== Результирующее взаимодействие ==
[[
Если принять, что <math>U(r) = 0</math> при <math>r \rightarrow \infty</math>, и учесть, что энергия притяжения убывает с уменьшением расстояния пропорционально <math>r^{-6}</math>, а энергия отталкивания растет как <math>r^{-12}</math>, то кривая <math>U(r)</math> будет иметь вид,
Рассчитать с достаточной точностью <math>U(r)</math> на основе квантовой механики при огромном разнообразии пар взаимодействующих молекул практически нельзя. Не удаётся пока и экспериментально измерить силу взаимодействия на межмолекулярных расстояниях. Поэтому обычно подбирают такую формулу для <math>U(r)</math>, чтобы проделанные с её помощью расчёты хорошо бы согласовались с экспериментом. Наиболее часто пользуются формулой:
Строка 81:
так называемым [[потенциал Леннарда-Джонса|потенциалом Леннарда-Джонса]]. Входящие в формулу величины σ и ε определяются экспериментально на основе зависимости от них свойств веществ (например, [[коэффициент диффузии|коэффициенты диффузии]], [[коэффициент теплопроводности|теплопроводности]] или [[коэффициент вязкости|вязкости]]).
== Уравнение Ван-Дер-Ваальса ==
Ван дер Ваальс предположил, что на малых расстояниях между молекулами действуют силы отталкивания, которые с увеличением расстояния сменяются силами притяжения. На основе этих представлений, даже не рассматривая количественной зависимости межмолекулярного взаимодействия от расстояния, он получил так называемое [[Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса|Ван-дер-Ваальсово уравнение состояния реального газа]].
== См. также ==
* [[Силы Ван-дер-Ваальса]]
{{нет источников}}
[[Категория:Физическая химия]]
| |||