Межмолекулярные взаимодействия.

Силы взаимодействия между молекулами, обеспечивающие межмолекулярное или межатомное взаимодействие без дополнительного обобществления электронной плотности называют вандерваальсовыми силами или силами Ван-дер-Ваальса (по имени голландского ученого Я. Ван-дер-Ваальса). Эти силы проявляются как силы отталкивания на расстоянии нескольких десятых ангстрема, а на расстоянии больше двойного радиуса атома – как силы притяжения, но очень быстро убывающие с расстоянием: U =-А/ r⁶. Величина сил Ван-дер-Ваальса не более 8-16кДж/моль, т.е. более, чем в 50раз слабее ковалентной связи. Кривая зависимости этих сил от расстояния между молекулами имеет вид потенциальной кривой образования молекулы водорода, только другие расстояния и энергии связи.

Силы Ван-дер-Ваальса складываются из трех эффектов.

1. Ориентационное взаимодействие. Оно проявляется между полярными молекулами, и тем сильнее, чем больше дипольный момент. Повышение температуры уменьшает это взаимодействие.

2. Индукционное взаимодействие. Под влиянием электрического поля полярной молекулы индуцируется дипольный момент у неполярных молекул, а затем имеет место притяжение диполей.

3. Дисперсионное взаимодействие (историческое, первоначальное название - силы Ван-дер- Ваальса). Оно обусловлено взаимодействием молекул или атомов за счет мгновенно наведенных дипольных моментов, поскольку каждая молекула –это система непрерывно движущихся заряженных частиц. В какой-то момент времени может возникнуть несимметричное распределение заряда.

Характерной особенностью сил Ван-дер-Ваальса является их универсальность; они действуют без исключения между всеми атомами (у инертных газов) и молекулами. Как правило, взаимодействие между молекулами возрастает с увеличением числа электронов в молекуле или атоме, т.е. приблизительно пропорционально их молярной или атомной массе. С действием этих сил связаны фазовые переходы из газообразного в жидкое состояние. За счет сил Ван-дер-Ваальса осуществляется связь в молекулярных кристаллах (твердых газах), образуются клатраты – нестехиометрические соединения, образующиеся за счет внедрения молекулы одного вещества в свободную полость кристалла другого вещества, например, гидраты газов: озона, хлора, гидраты углеводородов в нефтепроводах (очень опасны для эксплуатации нефтепровода).