оторое модельное представление о них можно получить на основе рис. Ш-51.

Представим себе два близко расположенных друг к другу атома

инертного газа (А, рис. 111-51). Благодаря непрерывному вращению электронов и колебательному движению ядер в каждом из этих атомов всегда может иметь место временное смещение некоторых электронных орбит относительно ядра и обусловленное этим временное возникновение диполя. Но каждый из таких диполей неизбежно будет влиять своими зарядами на ориентацию подобного же временного диполя, возникающего в соседнем атоме, притом влиять вполне определенно: в смысле предпочтительного соседства разноименных полюсов (Б, рис. III-51 >, а не одноименных (В, рис. II1-51). Хотя возникающие подобным образом диполи могут существовать лишь ничтожно малое время, однако известная согласованность ориентации будет сохраняться и при каждом следующем их появлении (Г, рис. Ш-51). Соседство разноименных полюсов возобновляется практически непрерывно. Этим и обусловлены те постоянно действующие между частицами силы притяжения, которые носят название дисперсионных сил.

Все рассмотренные выше виды взаимодействия молекул могут быть объединены под названием межмолекулярных сил (или «сил Ван-дерВаальса» *). Относительное значение каждого

\ Силы вида для того или иного случая зависит в ос\ пршплжемия новном от двух свойств взаимодействующих

An. \ молекул — их полярности и деформируемости.

/ \>ч Чем выше полярность, тем значительнее

i I ^с/гнгм&^^л^. Роль ориентационных сил, чем больше дефорН ^„—1тЬ»—- мируемость,' тем значительнее роль сил дисI / Силы персионных. Индукционные силы зависят от

]*отталтвамил обоих факторов, но сами играют лишь второXi^Miqu степенную роль.7-9

и взаимодействие По общему характеру проявления межмо" лекулярные силы принципиально отличаются

Р*с. ш-52, Схема сил при- от кулоновских своей однозначностью. Если тяжения и отталкивания. кулоновское взаимодействие может выражаться и в притяжении (при разноименных зарядах частиц), и в отталкивании (при одноименных зарядах), то межмолекулярные силы проявляются только в притяжении.

Однако при очень тесном сближении любых частиц начинает резко сказываться взаимное отталкивание их внешних электронных слоев. Возникающие подобным образом силы отталкивания, чрезвычайно значительные в условиях непосредственного контакта частиц, вместе с тем ослабевают по мере увеличения расстояния гораздо быстрее сил притяжения (рнс. 111-52). В результате общее взаимодействие частиц при их сближении выражается сначала все возрастающим взаимным притяжением, которое затем ослабевает и, наконец, переходит в отталкивание. Расстояние между центрами частиц (d)t при котором притяжение уравновешивается отталкиванием, отвечает устойчивому равновесию и является характерным для пространственной структуры соответствующего вещества.

Дополнения

• Ван-дер-Ваальс впервые (1873 г.) дал уравнение газового состояния, учитывающее взаимное притяжение молекул.

1) Характеризуя взаимодействие частиц, часто приходится говорить не о силе, а об энергии их взаимодействия (т. е. о той работе, которую необходимо затратить для полного отделения частиц друг от друга). В этом случае знаменатель уравнения основного закона электростатики содержит уже не квадрат, а первую степень расстояния. Если Z\ и 1% — заряды двух частиц (в е-единицах), a d — расстояние между их центрами в ангстремах, то энергия кулоновского взаимодействия этих частиц (и вакууме) равиа 332 Z\Z^d ккал/моль. Ход изменения этой энергии в зависимости от расстояния показан на рис. III-53 (для точечных частиц).

Е-юЬрг

«7-1,

ЗА 6

4 Ч

г

\d,0

2) В случае химически однотипных атомов (например, инертных газов) прочность связи внешних электронов определяется прежде всего их расстоянием от ядра, которое может быть грубо оценено по числу электронных слоев атома: чем больше таких слоев, тем слабее связаны с ядром электроны самого внешнего из них. Поэтому с увеличением числа электронных слоев в химически однотипных атомах деформируемость их возрастает. Например, при переходе от Не (1 электронный слой) к Хе (5 слоев) она увеличивается в 20 раз.

3) Из-за наличия межатомных взаимодействий деформируемость молекулы не является простой суммой деформируемостей образующих ее атомов. Однако значение удаленности внешнего электронного слоя каждого нз атомов от ядра сохраняет свою силу. Другим важным фактором является сама атомность молекулы: чем больше в ней атомов, тем при прочих равных условиях выше и общая ее деформируемость. Так как и увеличение числа электронных слоев в каждом атоме (сопряженное с возрастанием атомного веса), и увеличение числа атомов в молекуле приводят к возрастанию ее массы, обычно наблюдается, что в ряду химически сходных частиц деформируемость возрастает по мере увеличения молекулярного веса.

4) Так как деформируемость сложных частиц по разным направлениям различна, возникающий при деформации полярной молекулы индуцированный диполь может не совпасть