Электростатические взаимодействия
Периодическая система / Межмолекулярные взаимодействия / Электростатические взаимодействия

Для двух произвольно выбранных распределений зарядаиэнергия кулоновского взаимодействия описывается уравнением

Для двух точечных зарядов выражение приводится к виду

Обычно распределение заряда представляют мультипольным рядом, что позволяет рассматривать отдельно ион-ионные, ион-дипольные, диполь-дипольные и т.д. взаимодействия.

Молекулы, не обладающие сферической симметрией, характеризуются постоянными электрическими моментами.

Момент нулевого порядка - это полный заряд Qy а момент первого порядка - дипольный момент, являющийся векторной величиной:

Моменты более высоких порядков являются тензорными величинами. Электрические моменты различных молекул взаимодействуют между собой, не нарушая распределения зарядов.

Дипольные моменты молекул различаются очень сильно: дипольный момент м полярных молекул Н2О равен 1.85 Д; молекул Н33

- 1.47 Д, в то же время дипольные моменты молекул насыщенных углеводородов очень малы и проявляются только для определенных конформаций. Значения дипольных моментов некоторых небольших молекул приведены в табл.

Рассмотрим снова взаимодействие между двумя молекулами воды. В данном случае достаточно учитывать только электростатические взаимодействия в форме диполь-дипольного потенциала:

который для коллинеарного параллельного расположения диполей описывается выражением

где м = 1.85 Д и = 3 А. Для сравнения напомним, что квантово-механический расчет энергии взаимодействия для димера молекул воды дает величину около - 25 кДж/моль.

Постоянные дипольные моменты небольших молекул

Молекула

Дипольный момент

Молекула

Дипольный момент

H2O

1.85

Гексанол

1.7

NH3

1.47

C6H5OH

1.5

СО

0.11

HCONH2

3.7

CO2

О

CH3COCH3

2.9

СНзОН

1.7

С2ЩО

1.9

CH3CH2OH

1.7

C6H5NO2

4.2

Между двумя молекулами воды преобладает притяжение за счет диполь-ди-польного взаимодействия, в то время как в димерах диоксида углерода или бензола электростатическое взаимодействие обусловлено квадруполь-квадрупольным вкладом. Для нейтральных молекул характерны дипольные взаимодействия, которые дают наиболее значимый вклад в энергию взаимодействия. Важно отметить, что взаимодействия разных моментов характеризуются разными зависимостями от расстояния. Например, ион-ионное взаимодействие обратно пропорционально расстоянию между ионами, диполь-дипольное взаимодействие пропорционально r-3, причем дополнительно оно обнаруживает сильную ориентационную зависимость. Квадруполь-квадрупольное взаимодействие спадает пропорционально r

-5, что объясняет малый вклад таких взаимодействий при ненулевом дипольном моменте. Позже мы увидим, что расстояние, на котором проявляется взаимодействие, сильно влияет на макроскопические характеристики.

Смотрите также

Элементы s-блока периодической системы
...

Помутнение как характеристическое свойство оксиэтилированных ПАВ и полимеров
...

Химия и технология платиновых металлов
Платиновые металлы – это элементы VIII группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Их шесть: в пятом большом периоде – так называемые «легкие» платиновые металлы – рутений (Ru), роди ...