Рассмотрим возможные силы взаимодействия между двумя диполями…
Если два диполя расположены на одной прямой и одинаково ориентированы (см. рис. 2а), то они притягиваются с силой обратно пропорциональной третьей степени расстояния между ними, установка диполей в "хвост". Аналогичная сила действует между двумя противоположно направленными диполями, расположенными на параллельных прямых, на кратчайшем расстоянии друг от друга (см. рис. 2б), установка диполей "один под другим" (антипараллельная установка диполей). В обоих случаях они ориентируются так, чтобы энергия системы стала минимальной (см. рис. 2). Если диполи ориентированы не так, как показано на рис. 2 то между диполями кроме силы радиального взаимодействия (притяжение либо отталкивание) возникает крутящий момент.
Пусть расстояние между центрами диполей (s) намного больше длинны диполя (l). Заряд разнесенный в диполе на расстояние l обозначим через e. Тогда энергию ориентационного взаимодействия можно представить как алгебраическую сумму кулоновского притяжения и отталкивания зарядов полюсов диполей:
U ор |
= |
¾ |
e2 |
¾ |
e2 |
+ |
2e2 |
= |
¾ |
2e2l2 |
. |
s-l |
s+l |
s |
(s2-l2)s |
Пренебрегая величиной l2 по сравнению с s2 в знаменателе и обозначая через m дипольный момент (m=el), получаем:
Uop--= - 2
m2/
s3
. Для двух разных полярных молекул с моментами m1 и m2 такой же расчет дает Uop= ‑2
m1
m2/
s3
. При установке диполей один под другим (см. рис.2)
U ор |
= |
¾ 2 |
e2 |
+ 2 |
e2 |
= |
-2e2(s2+l2)+ 2e2s(s2+l2)1/2 |
. |
s |
(s2+l2)1/2 |
(s2+l2)s |
Учитывая, что l2<<s2 , воспользуемся приближенным равенством (s2+l2)1/2 @ s+l2/2s . Тогда
Uop |
= – |
e2l2 |
, откуда следует: Uop çç =- m 2 / s 3 . Выше упомянутые формулы справедливы для расчета |
(s2+l2)s |
Энергии ориентационного взаимодействия тогда, когда тепловое движение не расстраивает ориентацию молекул, т.е. когда Uop>>kT. Поэтому они пригодны для расчета энергии лишь в молекулярных кристаллах, где положение молекул фиксировано. В жидкостях и газах тепловое движение приводит ко всевозможным ориентациям молекул. При усреднении энергии взаимодействия по всем возможным ориентациям с учетом теплового движения, для жидкостей и газов получаем следующую формулу:
Для полярных молекул вклад ориентационного взаимодействия в энергию межмолекулярного взаимодействия жидкостей можно оценить, не зная конкретных расстояний между молекулами. В полярном диэлектрике на молекулу действует эффективное поле, создаваемое всеми остальными молекулами Eэфф. Понижение энергии одного моля частиц при этом W=-
Прочносвязанные полисахариды в клеточных стенках ксиланового типа
Клеточная
стенка – один их немногих клеточных компартментов, наличие которого
принципиально отличает растительную клетку от животной. Казалось бы, она должна
пользоваться особым вниманием б ...
Нитрование n-нитроацетанилид
Нитрования – один
из важнейших процессов в химической промышленности. Продукты, получаемые за
счёт нитрования, являются полуфабрикатами для производства многих товаров
различных назначений ...
Новые научные направления современной химии и их прикладное использование
Химия
- наука социальная. Её высшая цель – удовлетворять нужды каждого человека и
всего общества. Многие надежды человечества обращены к химии. Молекулярная
биология, генная инженерия и би ...