2)Вандер-Ваальс байланысы және оның шығарылуы

Ван-дер-Ваальс күштери. Салыстырмалы үлкен қашықтықтарда молекулалар арасында Ван-дер-Ваальс күштери деп аталатын тартылыс күштері әсер етеді.

Қ ұрамындағы теріс және оң зарядлары бир бирине салыстырғанда ауысқанда нейтрал молекула электрлік жақтан диполге айналады.

Дипол электр моментімен әсерлеседі. Дипол моменті заряд мәні мен осы заряд арасындағы қашықтықтың көбейтіндісіне тең (р = е*d). Дипол өзінің төңірегінде электр өрісін туғызады. Және сол өріс арқалы басқа дипольдармен әсерлеседі.

Тұрақты диполь моментіне ие молекулалар болады. Мұндай молекулаларды поляр молекулалар деп атаймыз. Әдетте поляр молекулалар өзара тартысады. Мұндай күштерді дипольдық-ориентациялық деп атаймыз.

Ван-дер-Ваальс күштерінің пайда болуы

Жалпы жағдайда, Ван-дер-Ваальс байланысы дисперсиялық, бағдарлаушы және индукциялық өзара әсерлесулерді біріктіреді. Осылардың әрбіреуіне қысқаша тоқталайық.

Дисперсиялық өзара әсерлесу.

Қарапайым мысал ретінде 1.1-суретте көрсетілген екі гелий атомының өзара әсерлесуін аламыз. Гелий атомының электрондық тығыздығы сфералық симметриялы, соның нәтижесінде оның электрлік моменті нөлге тең. Бірақ, бұл тек қана атомның орташа электрлік моменті нөлге тең дегенді білдіреді. Уақыттың әрбір мезетінде электрондар кеңістіктің қандай да бір белгілі нүктелерінде өте тез өзгеріп отыратын лездік электрлік дипольдерді тудырады. Екі гелий атомы жақындасқанда электрондар қозғалысында корреляция (келісушілік) орнайды, ол өзара әсерлесуші күштердің пайда болуына алып келеді. Бұл күштер екі жақтылық сипатта болады. Егер электрондар қозғалысы 1.1 а –суретте көрсетілгендей болса, онда лездік дипольдар арасында тартылыс, ал 1.1 б - суреттегідей болса, онда атомдар арасында тебіліс пайда болады. 1.1 а-суреттегідей конфигурация іске асқанда жүйе энергиясы кемиді, оның ықтималдылығы жоғары және жиі кездеседі. Бұл гелий атомдарын байланыстыратын тұрақты тартылыс күштерінің болатынын көрсетеді. Электрондардың осындай келісілген қозғалысы нәтижесінде пайда болатын байланыс күштері дисперсиялық күштер деп аталады. Оларды ең алғаш рет 1930 жылы Лондон есептеді.

а) б)

1.1 - сурет

Есептеулер кезінде келесі модель негіз ретінде алынды: бір атомның лездік моментінің әсерінен екінші атом поляризацияланады және онда тартылыс болатындай дипольдардың орналасуы пайда болады (1.1 а-сурет). Есептеулер бөлшектердің дисперсиялық өзара әсерлесу энергиясын анықтайтын теңдеуді алуға мүмкіндік берді:

(1.2)

мұндағы — бөлшектердің поляризациялануы; - олардың қозу энергиясы; — ара қашықтықтары.

Бағдарлаушы өзара әсерлесу.

Егер молекулалардың тұрақты дипольдік моменті , яғни полярлы болса, онда олардың арасында молекулаларды қатаң тәртіппен орналастыруға тырысатын электростатикалық өзара әсерлесулер (1.2 –сурет) пайда болады. Бұл кезде жүйе энергиясы кемиді. Молекулалардың дұрыс орналасуын жылулық қозғалыс бұзады. Сондықтан, молекулалардың бағытталып орналасуын анықтайтын жүйе энергиясы температураға күшті тәуелді болады. Молекулалардың толығымен бағытталып орналасуы болатын төмен температураларда өзара әсерлесу энергиясы мына қатынаспен анықталады:

(1.3)

мұндағы - молекулалардың ара қашықтықтары, — диэлектрлік тұрақты.

Жоғары температуралардағы дипольдік молекулалардың өзара әсерлесулері Кеезом көрсеткендей мына теңдеумен анықталады:

(1.4)

1.2 – сурет 1.3 – сурет

Қарастырған өзара әсерлесу бағытталушы (ориентациялық) деп аталады.

Индукциялық өзара әсерлесу.

Поляризациялануы жоғары болатын полярлы молекулаларда көршілес молекулалардың тұрақты өрістерінің әсерінен индукциялық моменттер пайда болуы мүмкін (1.3-суретте үзік сызықтармен индукцияланған диполдар көрсетілген). Бірінші және екінші молекулалардың дипольдері арасында пайда болған өзара тартылыс энергиясы Дебай көрсеткендей температураға байланысты болмайды және мына қатынаспен анықталады:

(1.5)

мұндағы М — молекулалардың тұрақты дипольдік моменті, α — олардың поляризациялануы.

Осындай өзара әсерлесу индукциялық немесе деформациялық деп аталады.

Жалпы алғанда, екі молекула бір-біріне жақындағанда барлық үш түрлі байланыстың пайда болуы мүмкін, және өзара әсерлесу энергиясы дисперсиялық , бағдарлаушы және индукциялық өзара әсерлесулер энергияларының қосындысына тең болады:

1.1 - кесте

Заттар	Өзара әсерлесулер түрлері
	дисперсиялық	индукциялық	Бағдарлаушы
Су	19	4	77
Аммиак	50	5	45
Хлорлы сутек	81	4	15
Көміртек окисі	100

1.1- кестеде cу, аммиак, хлорлы сутек, көміртек окисі үшін осы байланыс энергияларының әрбіреуінің салыстырмалы пайыздық мөлшері берілген.

1.1- кестеден барлық заттардың байланыс энергияларының ішінде индукциялық өзара әсерлесу энергиясының аз екендігі көрініп тұр. Полярлы молекулалалы заттардың бай ланыс энергияларының 3/4 немесе 1/2 бөлігі қатаң (жесткии) дипольдердің бағытталып өзара әсерлесу энергиясынан тұрады. Ал полярлы емес молекулалы заттардың байланыс энергиялары толығымен дисперсиялық өзара әсерлесу энергиясы болып табылады деп айтуға болады.

1.2 – кесте

Неон	........................1,9	Оттегі	............................8,2
Аргон	........................8,4	Көміртек окисі	............................8,4
Азот	........................6,6	Метан	............................10,8

1.2 - кестеде кейбір молекулалық кристалдардың Ван-дер-Ваальс күштері әсерінен пайда болған байланыс энергияларының мәндері келтірілген.