Межмолекулярные силы

Межмолекулярные силы

Межмолекулярные силыМежду любыми двумя молекулами, так же как и между атомами, действуют электрические силы, называемые силами межмолекулярного взаимодействия. Они обусловливают явление адсорбции, изменение агрегатного состояния вещества, играют большую роль в каталитических процессах.

Межмолекулярные силы имеют электростатическую природу. Они складываются из сил отталкивания и притяжения. Отталкивание определяется взаимодействием электронных облаков различных молекул, а притяжение связано с их дипольными моментами и поляризуемостью. Межмолекулярные силы являются короткодействующими и очень быстро ослабляются с увеличением расстояния между частицами, причем отталкивание спадает гораздо быстрее притяжения.

Рис. Взаимодействие полярных молекул

Различают три вида межмолекулярных сил, имеющих по существу одну и ту же природу — дипольные, индукционные и дисперсионные силы.

При сближении полярных молекул происходит их взаимная ориентация: одноименно заряженные концы диполей взаимно отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются (рис.). Поскольку одноименные полюса находятся друг от друга дальше, чем разноименные, то взаимное притяжение преобладает над отталкиванием. Взаимодействие, обусловленное ориентацией полярных молекул, называется ориентационным, а силы, определяющие это взаимодействие,— дипольными силами. Чем более полярными являются молекулы, тем сильнее они притягиваются друг к другу и тем больше ориентационное взаимодействие. Тепловое движение молекул уменьшает возможность ориентации, поэтому дипольные силы ослабляются с повышением температуры.

Природа дисперсионных силОдновременно с ориентацией происходит дополнительная поляризация полярных молекул. Возникающие при этом наведенные диполи взаимодействуют друг с другом так же, как и постоянные, что приводит к появлению индукционных сил. Наложение индукционного взаимодействия на ориентационное увеличивает дипольные моменты молекул и ведет к усилению межмолекулярных сил. В отличие от ориентационного индукционное взаимодействие не зависит от температуры. Оно может происходить также между полярной и неполярной молекулами. В этом случае в неполярной молекуле первоначально возникает индуцированный диполь, который затем взаимодействует с постоянным диполем полярной молекулы.

Рис. 2. Природа дисперсионных сил

Гораздо труднее объяснить природу дисперсионных сил, действующих между неполярными частицами. Рассмотрим случай одноатомных сферически симметричных молекул благородных газов. Вследствие непрерывного движения электронов в каждой молекуле в любой момент времени существует небольшая деформация электронного облака, нарушающая симметрию в распределении зарядов. Появляющиеся в результате этого мгновенные диполи взаимодействуют друг с другом, что способствует сближению молекул. По мере сближения частиц появление и исчезновение мгновенных диполей перестает быть независимым и начинает происходить в такт друг другу (рис. 2).

Все рассмотренные выше виды межмолекулярных сил часто называют силами Ван-дер-Ваальса в честь голландского ученого Яна Дидерика Ван-дер-Ваальса, который впервые ввел представление об этих силах для выражения различия в поведении реального и идеального газов. Межмолекулярным силам соответствует незначительная энергия связи, не превышающая обычно 15—20 кдж/моль, в то время как энергия химической связи может достигать 1000 кдж/моль.

Статья на тему Межмолекулярные силы