Силы Ван-дер-Ваальса



Силы Ван-дер-Ваальса относятся к дальнодействующим; их влияние обнаруживается на сравнительно больших расстояниях. Эти силы проявляются в тех слабых взаимодействиях, которые существуют между валентно-насыщенными молекулами и обусловливают физическую адсорбцию, конденсацию газов и т. п. Силы Ван-дер-Ваальса не вызывают значительных возмущений электронных оболочек молекул и представляют собой сложное явление — результат наложения силовых эффектов различной природы. Обычно выделяют ориентационные, индукционные и дисперсионные слагающие сил Ван-дер-Ваальса.

Ориентационная слагающая обусловлена тем, что плотность электрических зарядов в молекулах часто распределена неравномерно, т. е. электронная оболочка молекулы не симметрична. На расстояниях, больших по сравнению с раз мерами молекулы, такая несимметричная частица ведет себя приблизительно как диполь (т. е. система из двух точечных зарядов, противоположных по знаку, расположенных на определенном расстоянии друг от друга — нечто вроде стержня, заряженного противоположно по концам). Диполи притягиваются друг к другу, ориентируясь так, чтобы концы, несущие противоположные по знаку заряды, располагались ближе, чем одноименно заряженные.

Дипольным моментом (μ) называют произведение расстояния между зарядами на величину заряда. Если зарядов много, то дипольный момент, являющийся вектором, определяют как сумму произведений Σeiri, где ri — радиус-вектор заряда ei. Радиус-вектор проводится из начала координат внутри системы зарядов в точку, где помещается заряд. Отсюда следует, что дипольные моменты суммируются как векторы и, в частности, могут полностью компенсировать друг друга. Тогда оказывается, что молекула, у которой по определенным: направлениям (например, по направлениям связей) имеется электрическая асимметрия, в целом лишена дипольного момента. Это значит, что дипольные моменты связей в результате симметричной формы молекулы компенсируют друг друга. Указанные случаи реализуются, например, в молекулах тетрахлорметана или бензола, симметричное строение которых обусловливает нулевой дипольный момент, несмотря на наличие моментов связей С—Сl или С—Н.

Энергия дипольного взаимодействия наибольшая, когда диполи ориентированы друг к другу одноименно заряженными концами, и наименьшая — при противоположной ориентации. Это крайние случаи; тепловое движение всегда нарушает строгую ориентацию. Величина энергии дипольного взаимодействия при произвольном взаимном расположении определяется выражением

Силы Ван-дер-Ваальса

где r — расстояние между концами диполя; θА, θВ и φА, φВ — углы между вектором дипольного момента и осями в сферической системе координат. Если диполи ориентированы противоположно заряженными концами друг к другу, то уравнение упрощается:

Силы Ван-дер-Ваальса

если диполи обращены друг к другу одноименными зарядами, то

Силы Ван-дер-Ваальса

Силы дипольного взаимодействия dU/dr в этом случае обратно пропорциональны четвертой степени расстояния.


«Биохимическая фармакология»,
под ред. проф. П.В.Сергеева

Смотрите также на тему: