Main article: van der Waals force

ファンデルワールス力は電荷を持たない原子や分子間の相互作用から生じ、凝縮相の凝集や気体の物理的吸収などの現象をもたらすだけでなく、巨視的な物体間の普遍的な引力にもなっています。

Keesom forceEdit

ファンデルワールス力への最初の寄与は、回転する永久双極子、四極子(立方体以下の対称性を持つすべての分子)、多極子の間の静電的相互作用によるものです。 これは、Willem Hendrik KeesomにちなんでKeesom相互作用と呼ばれている。

これらの力は、永久双極子(双極子分子)間の引力に由来し、温度に依存しています。

これらの力は、双極子の異なる回転方向に対してアンサンブル平均された双極子間の引力相互作用から成り立っています。 分子は常に回転しており、固定されることはないと考えられています。 これは良い仮定ですが、ある時点で分子は固定されてしまいます。 キーソム相互作用のエネルギーは、距離の逆6乗に依存する。これは、空間的に固定された2つの双極子の相互作用エネルギーが距離の逆3乗に依存するのとは異なる。 キーソム相互作用は、永久的な双極子モーメントを持つ分子、すなわち2つの極性分子の間でのみ起こる。 また、キーソム相互作用は非常に弱いファンデルワールス相互作用であり、電解質を含む水溶液中では起こらない。 角度平均の相互作用は次の式で与えられる。

– m 1 2 m 2 2 24 π 2 ε 0 2 ε r 2 k B T r 6 = V , {\displaystyle { {-m_{1}^{2}m_{2}^{2}}{24\pi ^{2}\varepsilon _{0}^{2}\varepsilon _{r}^{2}k_{\text{B}}}Tr^{6}}=V,

Debye (永久誘導双極子) forceEdit

2つ目の寄与は、回転する永久双極子間の相互作用と、原子や分子の分極性(誘導双極子)から生じる誘導力(分極力ともいう)またはDebye力である。 誘導双極子は、永久双極子を持つ分子が他の分子の電子に反発することで生じる。 永久双極子を持つ分子は、隣接する類似の分子に双極子を誘発し、相互に引き合うことができる。 デバイ力は原子の間では発生しない。 誘導双極子と永久双極子の間の力は、誘導双極子が極性分子の周りを自由に移動したり回転したりするため、キーソム相互作用のような温度依存性はない。

誘導双極子力は、ある分子上の永久多極子と別の分子上の誘導(前者のジ/多極子による)31との間の魅力的な相互作用である誘導(偏光とも呼ばれる)から現れるものである。

永久双極子と誘導双極子の間の誘導相互作用の一例として、HClとArの相互作用があります。

永久双極子と誘導双極子の間の誘導相互作用の例として、HClとArの相互作用がある。 このときの角度平均相互作用は次の式で表されます。

– m 1 2 α 2 16 π 2 ε 0 2 ε r 2 r 6 = V , {\displaystyle {frac {-m_{1}^{2}\alpha _{2}}{16\pi ^{2}\varepsilon _{0}^{2}r^{6}}}=V,}

ここでα {\alpha } = polarizabilityである。

このような相互作用は、あらゆる極性分子と非極性・対称性のある分子との間で期待できます。

ロンドン分散力(変動双極子-誘導双極子相互作用)編集

Main article: ロンドン分散力

3つ目の主な寄与は分散力またはロンドン力(ゆらぎ双極子誘起双極子)であり、すべての原子や分子のゼロではない瞬間的な双極子モーメントのために発生します。 このような分極は、極性分子によって誘起される場合と、非極性分子の負電荷電子雲の反発によって誘起される場合がある。 このように、ロンドン相互作用は、電子雲中の電子密度のランダムな変動によって引き起こされる。 電子数の多い原子は、電子数の少ない原子に比べて、より大きなロンドン力を伴う。 キーソム力やデバイ力が永久双極子を必要とするのに対し、分散(ロンドン)力はすべての物質が分極可能であるため、最も重要な成分である。 ロンドン相互作用は普遍的なもので、原子間の相互作用にも存在している。 様々な理由から、ロンドン相互作用(分散)は、凝縮系における巨視的な物体間の相互作用に関連すると考えられてきた。 Hamakerは、1937年に巨視的な物体間のファンデルワールス理論を開発し、これらの相互作用の加法性によって、かなり長距離の相互作用になることを示しました

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です