0000067 (4)

Dwie molekuły, działając na siebie, są w stanie równowagi przy określonej odległości r₀. między nimi, kiedy siły przyciągania i odpychania się równoważą. Przy zwiększaniu odległości (r > r₀) przeważają siły przyciągania, przy jej zmniejszaniu (r<r₀) siły odpychania. Odchylenie cząsteczek od stanu równowagi wymaga wykonania pracy tak przy ich oddalaniu, jak i zbliżaniu. Kosztem tej pracy zwiększa się energia potencjalna wzajemnego oddziaływania. W stanie równowagi energia potencjalna oddziaływań między-cząsteczkowych jest więc w stanie minimum E_mm (ryc. 3.2). Ta energia £_min jest miarą

Ryc. 3.2. Energia potencjalna E(r) oddziaływania dw óch cząsteczek jako funkcja odległości r. E_w — energia wiązania; 1, 2, 3 ... — poziomy energetyczne ruchów oscylacyjnych.

energii wiązania E_w cząsteczek, wyraża pracę, jaką należałoby wykonać, żeby oddalić cząsteczki na odległość, przy której siły oddziaływania praktycznie przestają działać.

Siły międzycząsteczkowe noszą nazwę sił van der Waalsa, są one w zasadzie natury elektrycznej, chociaż w pewnych przypadkach są to oddziaływania o charakterze kwantowo-mecha-nicznym. Na przykład, przy zbliżaniu dwu atomów czy cząsteczek na odległość, przy której chmury elektronowe zachodzą na siebie, w grę wchodzi zakaz Pauliego. Elektrony tych chmur nie mogą znaleźć się w jednakowych stanach kwantowych. Wynikiem tego jest występowanie sił odpychania, gwałtownie rosnących ze zmniejszaniem odległości. Oddziaływania elektryczne, w zależności od rodzaju elementów strukturalnych, sprowadzają się do działań między jonami, między dipolami, czy między jonami a dipolami. Jony i dipole mogą oddziaływać także z dipolami indukowanymi, które powstają na skutek polaryzacji cząsteczek obojętnych w polu elektrycznym tamtych. Trudniejsze do wytłumaczenia są siły występujące między cząsteczkami niepolarnymi (np. między cząsteczkami H₂ lub atomami gazów szlachetnych w stanach skondensowanych). Pochodzenie tych oddziaływań tłumaczy teoria Londona, opierająca się na mechanice kwantowej. Według tej teorii ruchy elektronów atomów czy cząsteczek mogą wytwarzać dipole czasowo przejściowe, zwane oscylacyjnymi; wynikiem tego są krótkotrwałe oddziaływania, dające statystycznie wytłumaczalne, średnie, choć słabe oddziaływania. Tego rodzaju wiązania międzycząsteczkowe nazywane są też dyspersyjnymi, towarzyszy im bowiem dyspersja światła.

Energia potencjalna oddziaływań międzycząsteczkowych oddalonych tak, że zaniedbać można siły odpychania, wyraża się od odległości w przybliżeniu zależnością E_p ~ 1/r". Wykładnik potęgowy n dla oddziaływań między jonami jest w przybliżeniu równy 1, między jonami i dipolami — 2, między dipolami — 3, a dla dipoli indukowanych — od 4 do 6. Dla sił odpychania jest n^>6.

Wiązania wodorowe. Wodór związany kowalencyjnie z grupą atomów o charakterze polarnym, elektroujemnym może niekiedy być pośrednikiem wiązań szczególnego rodzaju, zwanych wiązaniami wodorowymi. Przykładem mogą być wiązania występujące między cząsteczkami H₂0. Elektrony wiążące wodorów częściej przebywają w pobliżu tlenu nadając mu charakter ujemny, wskutek czego cząsteczka H₂0 nabiera właściwości polarnych i staje się dipolem. Między tlenami i protonami sąsiednich cząsteczek wywią-

73