Межмолекулярное взаимодействие

В веществах с мо­лекулярной структурой имеет место межмолекулярное взаи­модействие.

Силы межмолекулярного взаимодействия, называемые также силами Ван-дер-Ваальса, слабее ковалентных сил, но проявляются на больших расстояниях. В основе их лежит электростатическое взаимодействие диполей, но в различных веществах механизм возникновения диполей различен.

Если вещество состоит из полярных молекул, например, моле­кул Н2О или НСl, то в конденсированном состоянии соседние мо­лекулярные диполи ориентируются друг по отношению к другу противоположно заряженными полюсами, вследствие чего наблю­дается их взаимное притяжение. Такой вид межмолекулярного взаимодействия называется ориентационным взаимодей­ствием. Тепловое движение молекул препятствует взаимной ори­ентации молекул, поэтому с ростом температуры ориентационный эффект ослабевает.

В случае веществ, состоящих из неполярных, но способных к поляризации молекул, например, С0₂, наблюдается возникнове­ние наведенных или индуцированных диполей. Причина их появления обычно состоит в том, что каждый атом создает вблизи себя электрическое поле, оказывающее поляризующее дей­ствие на ближайший атом соседней молекулы. Молекула поляри­зуется, и образовавшийся индуцированный диполь в свою очередь поляризует соседние молекулы. В результате происходит взаимное притяжение молекул друг к другу. Это индукционное взаимо­действие наблюдается также и у веществ с полярными молекула­ми, но при этом оно обычно значительно слабее ориентационного.

Наконец, движение электронов в атомах, а также колебание ядер и связанное с этим непрерывное изменение взаимного поло­жения электронов и ядер вызывают появление мгновенных дипо­лей. Как показывает квантовая механика, мгновенные диполи возникают в твердых телах и жидкостях согласованно, причем бли­жайшие друг к другу участки соседних молекул оказываются за­ряженными электричеством противоположного знака, что приводит к их притяжению. Это явление, называемое дисперсионным взаимодействием, имеет место во всех веществах, находящихся в конденсированном состоянии. В частности, оно обусловливает пере­ход благородных газов при низких температурах в жидкое со­стояние.

Относительная величина рассмотренных видов межмолекуляр­ных сил зависит от полярности и от поляризуемости молекул ве­щества. Чем больше полярность молекул, тем больше ориентационные силы. Чем больше деформируемость, чем слабее связаны внешние электроны атомов, т. е. чем эти атомы крупнее, тем зна­чительнее дисперсионные силы. Таким образом, в ряду однотип­ных веществ дисперсионное взаимодействие возрастает с увели­чением размеров атомов, составляющих молекулы этих веществ. Например, в случае НСl на долю дисперсионных сил приходится 81 % всего межмолекулярного взаимодействия, для НВг эта ве­личина составляет 95%, а для HI 99,5%. Индукционные силы почти всегда малы.