Уравнение Ван-дер-Ваальса и межмолекулярное взаимодействие

Как известно, поведение реальных газов хорошо передается уравнением состояния Ван-дер-Ваальса

, (1)

где - поправка на давление, выражаюшая наличие взаимного притяжения молекул, - наименьший объем, который может занимать грамм-молекула вещества, связанный с наличием сил отталкивания между молекулами.

Силы отталкивания, возникающие между атомами (молекулами) вызваны, в основном, отталкиванием заполненных электронных оболочек атомов из-за их обменного взаимодействия в соответствии с принципом Паули, а также кулоновским отталкиванием ядер. Потенциал отталкивания трудно поддается точному расчету. Обычно его аппроксимируют экспоненциальной, , или степеней функцией , где , a параметры определяются эмпирическим путем. Поскольку в реальных газах не происходит образование химических связей, то силы притяжения, выражаемые поправкой в уравнении (1), не сводятся к рассмотренным выше типам связи и имеют совершенно другую природу. В то же время, учитывая общность уравнения состояния реальных газов, можно утверждать, что эти силы носят универсальный характер и действуют между любыми атомами или молекулами. Их называют силами Ван-дер-Ваальса. Если химическая, связь обусловлена, в основном, переносом заряда, то силы Ван-дер-Ваальса действуют на расстояниях, при которых этот перенос еще не возможен и поэтому обусловленный мультиполь-мультиполным взаимодействием нейтральных атомов или молекул. По характеру этого взаимодействия различают ориентационные, индукционные и дисперсионные силы или силы Лондона.

4.3.2. Ориентационное взаимодействие

Ориентационное взаимодействие возникает между молекулами, имеющими постоянный дипольный момент в свободном состоянии . Из электростатики известно, что потенциальная энергия взаимодействия двух диполей и , находящихся на расстоянии R друг от друга дается выражением

. (2)

Диполи притягиваются, если они антипараллельны и расположены на одной линии. В этом случае из (2) получим

, (3)

Тепловое движение молекул препятствует их ориентации и, следовательно, ориентационному взаимодействию. Ученик Ван-дер-Ваальса Кеезом в 1912 г. развил теорию ориентационного взаимодействия, основанную на усреднении потенциала парного взаимодействия (2) системы разоориентированных молекул при температуре и получил выражение:

. (4)