Img00028 (2)

32

W gazach i cieczach cząsteczki nie są ze sobą związane stacjonarnymi, trwałymi wiązaniami. Względne położenia cząsteczek zmieniają się. W gazach średnia odległość między cząsteczkami jest znacznie większa niż w cieczach, a same cząsteczki szybko zmieniają swe względne położenia. W cieczach cząsteczki dość szczelnie wypełniają przestrzeń zajmowaną przez ciecz, a ich wzajemne położenia zmieniają się względnie powoli. W ciałach stałych cząstki (atomy, jony) są ze sobą związane stacjonarnymi, trwałymi wiązaniami i zajmują stałe względem siebie położenia.

1.30.    Przy względnie dużych odległościach między cząsteczkami występują siły wzajemnego przyciągania zwane siłami międzycząsteczkowymi lub siłami van der Waalsa. Są one tym większe, im mniejsze są odległości między cząsteczkami (zmieniają się odwrotnie proporcjonalnie do siódmej potęgi odległości F~ 1/r⁷). Ale dla bardzo małych odległości między cząstkami, rzędu liniowych wymiarów cząsteczki, występują silne siły odpychające, spowodowane wzajemnym oddziaływaniem chmur elektronowych.

Siły przyciągania między cząsteczkami, zwane również siłami dyspersyjnymi, są pochodzenia elektrycznego. Ich przyczyną jest wzajemne oddziaływanie spolaryzowanych cząsteczek. Cząstki spolaryzowane przyciągają się wzajemnie. Już niewielkie przesunięcie ładunku dodatniego i ujemnego w cząstce prowadzi do jej polaryzacji, zmieniając ją w dipol elektryczny. Każda cząstka polaryzuje się w zewnętrznym polu elektrycznym. Zewnętrznym polem elektrycznym może być pole elektryczne innej cząstki. Zbliżające się do siebie dwie cząsteczki wzajemnie się polaryzują — efektem tego jest ustawienie ładunków różnoimiennymi znakami do siebie. Takie wzajemnie spolaryzowane cząsteczki również się przyciągają. Siła przyciągania jest odwrotnie proporcjonalna do siódmej potęgi odległości F~l/r¹ (por. równ. (1.27-3), wtedy wartość n = 6).

Wiązania van der Waalsa między cząsteczkami zwane są często wiązaniami wtórnymi, dla odróżnienia od wiązań pierwotnych (jonowych i kowalencyjnych). Siły przyciągania występują między cząstkami będącymi chwilowymi dipolami (powstałymi w wyniku chwilowej polaryzacji cząsteczki zgodnie z wyżej opisanym mechanizmem) lub między cząsteczkami będącymi dipolami trwałymi (cząsteczki o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych, np. cząsteczki wody). Energie przyciągania siłami van der Waalsa są stosunkowo niewielkie, ale znacznie większe w przypadku dipoli trwałych (przykład H₂0 — 21 kJ/mol) niż w przypadku dipoli chwilowych (przykład Ar — 0,99 kJ/mol).

Wiązania van der Waalsa występują często obok wiązań kowalencyjnych, np. wiążą ze sobą cząsteczki powstałe na skutek kowalencyjnych wiązań atomów — w wyniku powstaje stan ciekły. Siły te powodują również skraplanie gazów szlachetnych.

1.31.    Działaniu sił międzycząsteczkowych, dążących do skupiania cząsteczek, przeciwdziałają ruchy cieplne tych cząsteczek. Stąd stan skupienia substancji zależy od wzajemnego stosunku energii potencjalnej odpowiadającej przyciąganiu międzyczą-steczkowemu do energii kinetycznej ruchu cieplnego cząsteczek.

Przy dostatecznie wysokiej temperaturze przeważa energia kinetyczna ruchu cieplnego cząstek i ciało przybiera postać gazową. Niezwiązane ze sobą siłami