3.5. Межмолекулярные взаимодействия

Между молекулами вещества существуют силы притяжения. Этими силами объясняется отклонение газов от идеальности, сжижение газов и конденсация паров, аномалии теплот испарения жидкостей. Кроме этого существуют и силы отталкивания между отдельными молекулами. При их отсутствии плотность вещества возрастала бы неограниченно. Межмолекулярные взаимодействия приводят к сближению молекул до расстояния, на котором силы притяжения и отталкивания уравновешиваются. Предположение о существовании таких сил выдвинул в 1873 году голландский физик И. Ван-дер-Ваальс.

Термин “вандерваальсовы силы” принято распространять на все слабые межмолекулярные силы, которые объясняются тремя причинами: электростатическим взаимодействием, индукционным взаимодействием и дисперсионным взаимодействием.

Электростатическое взаимодействие

(диполь-дипольное притяжение)

Молекулы с полярными ковалентными связями обладают дипольным моментом. При сближении полярные молекулы ориентируются относительно друг друга противоположно заряженными концами диполей. Чем более полярны молекулы, тем прочнее связь.

С повышением температуры это взаимодействие ослабляется, т.к. тепловое движение молекул нарушает ориентацию.

Водородная связь представляет собой крайний случай диполь-диполь-ного взаимодействия. Водородные связи намного более сильные, чем силы притяжения между другими типами молекул.

Индукционное взаимодействие

(притяжение типа диполь – индуцированный диполь)

Каждый атом молекулы с постоянным дипольным моментом создает вокруг себя электрическое поле, которое оказывает поляризующее действие на ближайший атом соседней молекулы. В результате молекула поляризуется и создается так называемый индуцированный диполь, а он, в свою очередь, поляризует соседние молекулы. В результате происходит взаимное притяжение молекул друг к другу.

Такое взаимодействие наблюдается в растворах полярных веществ в неполярных и существенно только для молекул со значительной поляризуемостью.

Индукционное взаимодействие слабее электростатического.

Дисперсионное взаимодействие

(лондоновские силы)

Такое притяжение возникает между неполярными молекулами (инертными газами и двухатомными элементарными газами).

Движение электронов в атоме вызывают появление мгновенных (флуктуирующих) диполей. Мгновенный диполь способен индуцировать диполь в соседней молекуле. Силы притяжения между возникшими диполями (флуктуирующим и индуцированным) называются дисперсионными силами или лондоновскими силами (по имени Ф. Лондона, давшего им теоретическое объяснение). Наличие этих сил объясняет процесс сжижения инертных газов и двухатомных элементарных газов.

Все три типа вандерваальсовых сил проявляются при переходе вещества из газообразного состояния в жидкое, при кристаллизации сжиженных газов, при адсорбции.

В таблице 3.2. приведены энергия взаимодействия и примеры различных типов внутри- и межмолекулярных связей и взаимодействий.

Таблица 3.2.

Типы внутри- и межмолекулярных взаимодействий

Тип взаимодействия	Энергия взаимодействия, кДж/моль	Пример
Ковалентная связь	200  800	Н2; NH3
Ионная связь	40  400	CsF; KCl
Электростатическое	0,4  4,0	между О2 О2
Индукционное	0,4  4,0	между HCl C6H6
Дисперсионное	4  40	между Ne Ne
Водородная связь	4  40	Н2О  Н2О