Дисперсионные силы



B тех молекулах, которые сами не имеют дипольного момента, дипольный момент может создаваться, если молекула приближается к другой, обладающей постоянным дипольным моментом, — так возникают индукционные силы взаимодействия молекул. При этом происходит взаимная поляризация диполей и энергия индукционного взаимодействия в общем случае равна сумме энергий поляризаций двух диполей. Если оба диполя одинаковые, то энергия индукционного взаимодействия равна (в нулевом приближении):

Дисперсионные силы

и в этом приближении не зависит от температуры.

Индуцированный дипольный момент пропорционален вектору напряженности внешнего поля и направлен в ту же сторону. Коэффициент пропорциональности а зависит от природы молекулы и называется поляризуемостью. Силы взаимодействия при индукционном эффекте обратно пропорциональны седьмой степени расстояния. Опыт показывает, что и в тех случаях, когда ни одна из молекул не имеет постоянного дипольного момента (например, инертные газы), все же наблюдается действие сил притяжения, которыми, в частности, обусловливаются процессы конденсации газов.

Эти силы, проявляющиеся между молекулами любой природы, называются дисперсионными. Их вклад в общее межмолекулярное взаимодействие довольно значителен, особенно для молекул, имеющих малый дипольный момент. Энергия дисперсионного взаимодействия равна:

Дисперсионные силы

где I — потенциалы ионизации атомов или молекул; α — их поляризуемость.

Природа дисперсионных сил может быть истолкована с помощью следующей приближенной схемы: электрон, вращающийся вокруг ядра, можно представить как заряд, совершающий гармонические колебания. В среднем дипольный момент, вызванный движением заряда, конечно, равен нулю, но «мгновенные» значения дипольного момента отличны от нуля, и две такие системы будут взаимодействовать. Квантовомеханический расчет показывает, что между «мгновенными» диполями должна возникать сила притяжения.

Из уравнения  для энергии следует, что дисперсионные силы (т. е. dU/dr) обратно пропорциональны шестой степени расстояния, т. е. очень быстро убывают с ростом расстояния. Дисперсионные силы заметно проявляют себя лишь на расстояниях порядка 3—5 А. Приведем данные, показывающие примерные вклады в энергию взаимодействия между молекулами, обусловленные ориентационным, индукционным и дисперсионным эффектами (табл.).

Вещество Энергия на моль, Дж*м6
ориентационная индукционная дисперсионная
Вода 190 10 74,7
Аммиак 84 10 93
Хлороводород 18,6 5,4 105
Оксид углерода 0,0034 0,057 67,5

Для приближенной ориентации в энергетике различных видов межмолекулярных атомных и ионных взаимодействий полезно иметь в виду следующие ориентировочные данные (табл.).

Тип связи Взаимодействуют Энергия связи, Дж/моль
Ковалентная Атом – атом 41,8-418
Электровалентная Ион – ион В кристалле около 418
Электростатический эффект Ион – диполь
Диполь – диполь
6,3
Индукционный эффект Ион индуцирует диполь.
Диполь индуцирует диполь.
Взаимное индуцирование диполей.
0,8-8,4


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

Смотрите также на тему: