энергия взаимодействия воды

Межмолекулярные взаимодействия

: Межмолекулярные взаимодействия

выберите первую букву в названии статьи:

Межмолекулярные взаимодействия , взаимодействия между собой, не приводящее к разрыву или образованию новых химических связей. Межмолекулярные взаимодействия определяют отличие реальных от идеальных, существование и молекулярных кристаллов. От межмолекулярных взаимодействий зависят многие структурные, спектральные, термодинамические, теплофизические и другие свойства веществ. Появление понятия межмолекулярные взаимодействия связано с именем Й. Д. Ван-дер-Ваальса, который для объяснения свойств реальных и предложил в 1873 уравнение состояния, учитывающее межмолекулярные взаимодействия. Поэтому силы межмолекулярного взаимодействия часто называют ван-дер-ваальсовыми.

Виды межмолекулярных взаимодействий Основу межмолекулярных взаимодействий составляют кулоновские силы взаимодействия между и ядрами одной молекулы и ядрами и другой. В экспериментально определяемых свойствах вещества проявляется усредненное взаимодействие, которое зависит от расстояния R между молекулами, их взаимной ориентации, строения и физических характеристик (дипольного момента, и др.). При больших R, значительно превосходящих линейные размеры l самих молекул, вследствие чего электронные оболочки не перекрываются, силы межмолекулярного взаимодействия можно достаточно обоснованно подразделить на три вида - электростатические, поляризационные (индукционные) и дисперсионные. Электростатические силы иногда называют ориентационными, однако это неточно, поскольку взаимная ориентация может обусловливаться также и поляризационными силами, если молекулы анизотропны.

При малых расстояниях между молекулами ( R ~ l ) различать отдельные виды межмолекулярных взаимодействий можно лишь приближенно, при этом, помимо названных трех видов, выделяют еще два, связанные с перекрыванием электронных оболочек, - и взаимодействия, обязанные переносу электронного заряда. Несмотря на некоторую условность, такое деление в каждом конкретном случае позволяет объяснять природу межмолекулярного взаимодействия и рассчитать его энергию.

Э н е р г и я э л е к т р о с т а т и ч е с к о г о в з а и м о д е й с т в и я V эл-ст представляет собой энергию кулоновского взаимодействие, вычисленную в предположении, что распределение зарядовой плотности отвечает изолированным молекулам ( R = ). В общем случае электрический потенциал вокруг молекулы изменяется не только по абсолютной величине, но и по знаку. Если взаимная ориентация двух такова, что область положительного потенциала одной из них приблизительно совпадает с областью, в которой локализован отрицательный заряд другой, то V эл-ст l энергия V эл-ст становится равной сумме энергий взаимодействие мультиполей (диполей, квадруполей и т. д.); для полярных главный вклад дает обычно диполь-дипольное взаимодействие. Его энергия V дип-дип может иметь разный знак в зависимости от ориентации диполей. При ориентации А и В, соответствующей минимуму энергии взаимодействие, V дип-дип = 2p A p B /R 3 , где p А и р B - А и В соответственно. В газовой фазе, где молекулы почти свободно вращаются, более вероятны такие их взаимные ориентации, которые отвечают притяжению диполей. При этом средняя энергия взаимодействие равна:

где Т -абсолютной температура, k -постоянная Больцмана. При фиксированной ориентации молекул, например в . V дип-дип слабо зависит от Т и изменяется пропорционально R -3 . Если взаимодействующие молекулы обладают квадрупольными или более высокого порядка электрический моментами, в выражение для V эл-ст входят также слагаемые, отвечающие взаимодействие этих мультиполей. По этой причине, в частности, энергетически наиб. выгодная ориентация может отличаться от оптимальной ориентации их дипольных моментов.

П о л я р и з а ц и о н н о е в з а и м о д е й с т в и е обусловлено электронной оболочки одной молекулы под влиянием электрический поля другой, что всегда приводит к понижению энергии (притяжению молекул). При больших расстояниях между нейтральными молекулами главный вклад в поляризационную энергию V пол дает взаимодействие постоянного диполя полярной молекулы с индуцированным диполем другой. Поэтому это взаимодействие иногда называют индукционным. Согласно формуле Дебая,

где a А и a B - средние статические А и В соответственно. Если анизотропны, то в выражении для V пол появляются дополнительные члены, зависящие от взаимной ориентации молекул.

source