- •Метод молекулярных орбиталей.
- •Орбитали двухатомной молекулы.
- •Межмолекулярные силы. Силы, обеспечивающие ионную и ковалентную связи, называются химическими. Эти силы убывают с возрастанием расстояния между атомами.
- •Спектры молекул.
- •Итак, полная энергия молекулы определяется выражением
- •Комбинационное рассеяние света.
Межмолекулярные силы. Силы, обеспечивающие ионную и ковалентную связи, называются химическими. Эти силы убывают с возрастанием расстояния между атомами.
Но между нейтральными атомами и молекулами действуют еще и дальнодействующие силы притяжения. Они обусловлены кулоновским взаимодействием заряженных частиц, входящих в состав нейтральных атомов и молекул на расстояниях, значительно превосходящих размеры молекул. К ним относят силы, возникающие при взаимодействии
-
постоянных дипольных моментов атомов или молекул (диполь – дипольное взаимодействие)
-
постоянных диполей с диполями индуцированными (индукционное взаимодействие),
-
между мгновенными диполями (дисперсионное взаимодействие) (силы Ван-дер-Ваальса).
Диполь – дипольное (ориентационное) взаимодействие является наиболее сильным, оно возникает при сближении двух полярных молекул. Минимальная энергия взаимодействия соответствует ориентации, при которой положительный полюс одной молекулы соседствует отрицательным полюсом другой. В газах и жидкостях ориентации полярных молекул препятствует тепловое движение.
Энергия диполь – дипольного взаимодействия
~,
где - дипольный момент молекулы, - температура, - расстояние между центрами диполей.
Полярная молекула создает электрическое поле, которое поляризует неполярную молекулу – индуцирует в ней дипольный момент. Потенциальная энергия индукционного взаимодействия
~ ,
где - дипольный момент полярной молекулы, - поляризуемость молекулы, - межмолекулярное расстояние.
Дисперсионное взаимодействие в чистом виде проявляется у инертных газов. У неполярных молекул дипольное взаимодействие возникает следующим образом – вследствие движения электронов в атомах возникают мгновенные дипольные моменты, отличные от нуля.
Дисперсионное взаимодействие связано с наличием у невозбужденных атомов или молекул нулевых колебаний, не зависящих от температуры.
Предположим, что колебания электронов происходят вдоль прямой, соединяющей атомы. При отклонении электронов от положения равновесия на и у атомов появляются дипольные моменты и . Потенциальная энергия взаимодействия диполей будет
,
где - расстояние между диполями. Из этого выражения видно, что , значит, атомы притягиваются друг к другу.
Для диполя в постоянном электрическом поле дипольный момент
.
где - поляризуемость атома.
Для гармонического осциллятора сила, действующая на заряд равна , и при равновесии
, откуда .
В результате получается
.
Для реальных атомов
,
где - энергия ионизации атома, - коэффициент порядка единицы.
К молекулярным силам относятся также силы отталкивания. Возникновение этих сил связано с тем, что при достаточном сближении происходит соприкосновение электронных оболочек частиц. Дальнейшее сближение невозможно, т.к. это приведет к взаимному проникновению электронных оболочек, что запрещено принципом Паули. Силы отталкивания являются короткодействующими и быстро убывают с увеличением расстояния между атомами и молекулами. Точно рассчитать для межмолекулярного отталкивания невозможно. Обычно пользуются формулой Ленарда-Джонса:
,
где параметры и определяют экспериментально.
Короткодействие сил отталкивания используют в идеализированной модели для газов: молекулы и атомы рассматриваются, как упругие шарики, при столкновении которых возникают большие силы отталкивания.