Ориентационное взаимодействие

Такой вид межмолекулярного взаимодействия осуществляется между полярными молекулами (диполь-диполь), т.е. молекулами с постоянными дипольными моментами (рис. 2.2).

Схемы взаимодействия диполей

Рис. 2.2. Схемы взаимодействия диполей

Потенциал взаимодействия (U0) жестко ориентированных диполей является анизотропным, т е. зависит от ориентации постоянного диполя. Он пропорционален квадратам дипольных моментов и обратно пропорционален температуре и расстоянию между диполями в шестой степени:

где и 2 - моменты диполей; к - постоянная Больцмана; Т - температура; R - расстояние между диполями.

Притяжение диполей может осуществляться только тогда, когда энергия притяжения превышает тепловую энергию молекул. Обычно это имеет место в твердых и жидких веществах. Диполь-дипольное взаимодействие проявляется в полярных жидкостях (например, вода), благодаря наличию у молекул свойства поляризуемости у. Постоянный диполь может индуцировать дипольное распределение зарядов в неполярной молекуле. Под действием заряженных концов полярной молекулы электронные облака неполярных молекул смещаются в сторону положительного заряда и дальше от отрицательного. Неполярная молекула становится полярной, и молекулы начинают притягиваться друг к другу, только намного слабее, чем две полярные молекулы (рис. 2.3).

Схема взаимодействия полярной и неполярной молекул

Рис. 2.3. Схема взаимодействия полярной и неполярной молекул

Энергия взаимодействия наведенных диполей, называемая индукционной или поляризационной определяется по формуле

где а- коэффициент поляризации молекул.

Энергия притяжения между постоянным и наведенным диполем (энергия Дебая) определяется выражением

где Цнав - момент наведенного диполя.

Притяжение постоянного и наведенного диполей обычно очень слабое, поскольку поляризуемость молекул большинства веществ невелика. Оно действует только на очень малых расстояниях между диполями. Этот вид взаимодействия проявляется главным образом в растворах полярных соединений в неполярных растворителях. Таким образом, неполярная частица станет полярной. Это вызывает перераспределение зарядов в соседних молекулах, и между ними устанавливаются кратковременные связи (рис. 2.4).

Схема установления связи между неполярными молекулами

Рис. 2.4. Схема установления связи между неполярными молекулами

Энергия такого взаимодействия (энергия Лондона) описывается уравнением:

где цмгн - момент мгновенного диполя.

Лондоновские силы притяжения между неполярными частицами (атомами, молекулами) являются весьма короткодействующими. Значения энергии такого притяжения зависят от размеров частиц и числа электронов в наведенных диполях. Эти связи очень слабые - самые слабые из всех межмолекулярных взаимодействий. Однако они являются наиболее универсальными, так как возникают между любыми молекулами.

Под воздействием внешнего поля (света) происходит смещение центров тяжести электрических зарядов молекул. Дисперсионное или лондоновское взаимодействие молекул описывается следующей формулой:

где h п0 - термический, или характеристический квант, который определяется на основе дисперсии света.

Среди перечисленных наиболее сильными, как правило, являются дисперсионные взаимодействия. Для небольших молекул энергия ван- дер-ваальсовых взаимодействий может составлять порядка 1-30 кДж/моль. Ван-дер-ваальсовое взаимодействие имеет место не только между молекулами, но и между нанообъектами, например углеродными нанотрубками. Несмотря на слабость этого взаимодействия, оно обеспечивает устойчивость молекулярных кристаллов, клат- ратов, супрамолекулярных комплексов, связь молекул с поверхностями (адсорбцию) и играет важную роль в процессах синтеза и построения молекулярных наноструктур.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >