Ван-дер-ваальсовы молекулы -
связанное состояние небольшого числа атомов и молекул,
возникающее за счет слабого
дальнодействующего, например,
ван-дер-ваальсовского, взаимодействия
(системы,
включающие
большое число таких частиц, называются кластерами). Обменное взаимодействие, обеспечивающее
прочную связь в химических соединениях, в молекулах Ван-дер-Ваальса
отвечает отталкиванию. Поэтому слабая связь,
объединяющая частицы в молекулах Ван-дер-Ваальса (см.рис.), образуется при относительно
больших расстояниях
между ними, когда дальнодействующее взаимодействие еще превышает обменное. Входящие
в состав молекул Ван-дер-Ваальса компоненты сохраняют свою индивидуальность.
|
Энергии диссоциации D для различных ван-дер-ваальсовых молекул.
|
В молекулах Ван-дер-Ваальса атомы (молекулы) могут удерживаться не только за
счет ван-дер-ваальсовского
взаимодействия, то есть взаимодействия двух наведенных диполей.
В зависимости от типа молекулы связь может определяться
и другими типами дальнодействующих взаимодействии: диполь-наведенный
диполь, диполь-квадруполь
и так далее. Возможно также ион-ионное взаимодействие,
отвечающее слабому перетеканию электрона от одной компоненты
ван-дер-ваальсовой
молекулы к другой.
Энергия диссоциации молекулы Ван-дер-ваальса значительно
ниже энергии диссоциации обычных молекул, поэтому молекулы Ван-дер-ваальса легко
разрушаются
и при нормальных условиях их содержание в газе относительно мало. Молекулы Ван-дер-ваальса эффективно образуются
при
низких температурах, например, при истечении
газа в вакуум из сопла (наиболее
распространенный способ получения молекул Ван-дер-ваальса).
Для регистрации молекул Ван-дер-ваальса используют спектральные
методы. Частоты линий поглощения свободной
молекулы
и такой же молекулы, входящей в состав молекулы Ван-дер-ваальса, несколько сдвинуты
друг относительно друга. По интенсивности поглощения на этих близких
частотах определяется относительная плотность молекул Ван-дер-ваальса. Другой
способ их регистрации - масс-спектрометрический:
исследуемый
газ частично ионизуется монохроматическим
слабым пучком
электронов и затем производится масс-спектрометрический
анализ образующихся ионов. Если известны относительные
вероятности образования простого и кластерного
ионов
при ионизации молекул Ван-дер-ваальса электронным ударом,
то можно установить содержание в газе молекул Ван-дер-ваальса. Аналогичный метод
связан
с
ионизацией
газа моиохроматическим ультрафиолетовым излучением.
Для исследования молекул Ван-дер-ваальса применяют метод электрической
резонансной спектроскопии молекулярного пучка. Газ
выпускается из сопла в резонатор с высоким разрешением. Но резонансным частотам резонатора
в радиочастотной
и СВЧ области спектра восстанавливают
частоты вращательных переходов молекул Ван-дер-ваальса.
Анализ этого спектра
дает информацию о геометрии и параметрах молекулы Ван-дер-ваальса. Потенциал
ионизации молекулы Ван-дер-ваальса обычно ниже потенциала
ионизации входящих в нее фрагментов. Разность между
этими величинами близка к энергии диссоциации кластерного иона, образующегося
при фотоионизации молекулы Ван-дер-ваальса.
Один из способов разрушения молекулы Ван-дер-ваальса - возбуждение
колебательных уровней энергии фрагмента: молекула Ван-дер-ваальса
распадается, если энергия колебательного возбуждения фрагмента
превышает энергию ее диссоциации.
Присутствие молекулы Ван-дер-ваальса отражается на характере различных
процессов в газе и плазме, например, приводит к ускорению
процесса прилипания медленных электронов к молекулам кислорода.
Обычно
этот процесс идет как тройное столкновение:
а при низких температурах определяющим становится процесс с участием молекул
Ван-дер-ваальса: