взаимодействие, дисперсионное иначе поляризационное взаимодействие; силы Лондона (англ. dispersion interaction) — взаимодействие между двумя наведенными дипольными (или мультипольными) моментами, вариант ван-дер-ваальсового взаимодействия.

Описание

Дисперсионное взаимодействие — это один из типов межмолекулярного взаимодействия, возникающее между двумя любыми молекулами, независимо от наличия у них собственного дипольного момента.

Модельные представления о дисперсионном взаимодействии основаны на флуктуациях распределение электронной плотности, благодаря которым даже у неполярных молекул возникают ненулевые мгновенные дипольные (или высшие мультипольные) моменты. Эти моменты дополнительно поляризуют распределения электронной плотности соседних молекул, и молекулы взаимодействуют возникшими таким образом мгновенными деформациями зарядовых распределений в дополнение к взаимодействиям, обусловленным постоянными моментами (если такие имеются).

Величина взаимодействия между молекулами определяется их поляризуемостью. В молекулах сходной природы поляризуемость растет по мере роста числа электронов, в особенности, в поверхностных атомах. Таким образом она увеличивается по мере увеличения размера молекулы, что проявляется, например, в возрастании температуры кипения благородных газов при движении вниз по таблице Менделеева (для испарения требуется преодолеть большее дисперсионное взаимодействие). Ослабление дисперсионных взаимодействий может быть достигнуто за счет фторирования поверхности молекулы, поскольку атомы фтора плохо поляризуемы; наоборот, присутствие хорошо поляризуемых многоэлектронных атомов или, например, сопряженных -систем обуславливает их усиление.

Для большинства молекул (за исключением случаев малых полярных молекул, таких, как молекулы воды или фтороводорода), дисперсионное взаимодействие превышает другие силы, относящиеся к ван-дер-ваальсовым, и оказывается приблизительно в 1000 раз слабее ковалентной связи. Иногда, вследствие высокой симметрии и валентной насыщенности молекул, дисперсионные взаимодействия остаются единственными межмолекулярными силами. Например, они ответственны за наличие конденсированной фазы у инертных газов, несмотря на исключительно плохую поляризуемость гелия и неона.

Корректное описание дисперсионных взаимодействий требует квантово-механического подхода. Здесь может быть применима, в частности, теория возмущений, поскольку дисперсионные взаимодействия приводят к малому возмущению волновых функций рассматриваемых отдельно молекул. При этом взаимная поляризация молекул может быть описана с привлечением электронно-возбужденных состояний, т. е. основное состояние взаимодействующей системы молекул описывается через преобладающий вклад основных и малые вклады возбужденных состояний изолированных молекул. Сам термин «дисперсионные взаимодействия» обусловлен тем, что механизм и подходы к описанию поляризации электронных оболочек сходны со случаем поляризации электромагнитным полем, т. е. дисперсии света.

Зависимость потенциала дисперсионного взаимодействия от расстояния может быть представлена в виде ряда по степеням обратного расстояния, причем определяющий вклад обусловлен младшей, шестой, степенью. Таким образом, дисперсионные силы зависят от расстояния так же, как диполь-дипольные и поляризационные, но являются гораздо более близкодействующими в сравнении с кулоновским взаимодействием зарядов.

Авторы

  • Гольдт Илья Валерьевич
  • Иоффе Илья Нафтольевич

Источники

  1. Дисперсионное взаимодействие // Химическая энциклопедия. Т. 2. — М.: Советская энциклопедия, 1990. С. 78.
  2. Эткинс П. Физическая химия. Т. 2. — М.: Мир, 1980. — 584 с.

Напишите нам