Составители:
Рубрика:
потенциальную энергию отталкивания Uот
=
a1/r
12
. Наряду с этой за-
висимостью довольно часто используют предположение об экспонен-
циальном убывании сил отталкивания с расстоянием.
Силы притяжения между молекулами (или атомами) начинают дей-
ствовать на расстояниях, при которых перекрытие волновых функций
еще отсутствует, и квантовыми эффектами можно пренебречь. Можно
считать, что ван-дер-ваальсово молекулярное взаимодействие имеет
электрическую природу. При этом необходимо помнить, что речь идет
об нейтральных атомах и молекулах, поэтому первым вопросом, тре-
бующим ответа, является вопрос об электрическом поле нейтральных
систем. В принципе, любах нейтральная система с пространственным
распределением зарядов создает электрическое (точнее - электрома-
гнитное) поле. Только в случае, если заряды противоположного знака
совмещены в одной точке, создаваемые ими поля полностью компенси-
руют друг друга.
Притяжение между молекулами объясняется на основе так называ-
емого дипольного приближения: взаимодействие между нейтральными
молекулами (атомами) сводится к взаимодействию эквивалентных ди-
полей. Вопрос о происхождении собственных дипольных моментов м'о-
лекун будет рассмотрен позже. А пока рассмотрим взаимодействие
двух молекул, обладающих дипольными моментами
соответственно, и найдем их потенциальную энергию.
Рассмотрим следующий механизм дипольного взаимодействия двух
молекул. Под действием электрического поля, создаваемого молекулой с
дипольнъм моментом (потенциал п напряженность этого поля
соответственно: вторая молекула приобретает ди-
польный момент (это так называемый индуцированный ди-
коньяый момент). В неоднородном электрическом поле на диполь дей-
ствует сила, направленная в область более сильных полей. В
результате между диполями возникает притяжение.
Чтобы получить зависимость для потенциала межмолекулярного
притяжения, найдем потенциальную энергию взаимодействия диполей.
Потенциальная энергия диполя p=ql в поле, создаваемом диполем
•*
p=ql равна , где
- потенциалы электрического поля в точках нахождения зарядов -q и
+q соответственно,
Считая V < г, проведем разложение в ряд, ограничиваясь первыми
двумя членами разложения:
Окончательно получаем • Учитывая,
что индуцированный дипольный момент пропорционален
напряженности электрического поля , получаем /' ~
//г
3
. Следовательно, , что соответствует потенциалу
сил притяжения
Леннарда-Джонса. В общем случае межмолекулярное
притяжение обусловлено взаимодействием трех видов:
ориентационным, индукционным и дисперсионным. Полный
потенциал сия притяжения имеет соответственно три
составляющие: Все три составляющие в первом приближении
пропорциональны ~ 1/г и могут быть объяснены в рамках дипольного
взаимодействия. Рассмотрим теперь вопрос о дипольных моментах
молекул. Отметим, во-
