Ursprung der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Molekülen

Was ist der Ursprung der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Molekülen? Wie auch immer, es sollte eine Beziehung zu Atomen haben. Außerdem spielen diese elektromagnetischen Wechselwirkungen eine wichtige Rolle bei verschiedenen Eigenschaften von Materie, einschließlich des Übergangs zwischen Fest-Flüssig-Gas. Was wäre also die Quelle dieser Wechselwirkungen ...?

Wenn diese Wechselwirkungen von Atomen ausgehen, dann rücken einige andere Fragen in den Fokus :

  • Sind sie mit dem Übergang von Elektronen zwischen verschiedenen Energieniveaus und der Emission von Photonen von einem Atom verbunden?

  • Sind sie mit Kohäsionskräften zwischen Molekülen in Feststoffen und Flüssigkeiten verbunden?

Beachten Sie, dass nicht alle Wechselwirkungen (insbesondere die Abstoßung) zwischen Molekülen elektromagnetischer Natur sind.
@Yrogig: Könnten Sie bitte einen Link für tiefere Studien bereitstellen?
Ich meinte en.wikipedia.org/wiki/Pauli_repulsion Sie sind die Kräfte, die für die Abstoßung zwischen Molekülen in kleinen Abständen verantwortlich sind. Interessant könnte das Buch "Intermolecular and surface force" von Israelachvili (Kapitel 7) sein.

Antworten (2)

Es ist hauptsächlich eine elektrostatische Wechselwirkung durch eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Das Dipolmoment kann jedoch permanent oder induziert sein. Je nach Art hat die Kraft einen anderen Namen:

  • Kraft zwischen zwei permanenten Dipolen ( Keesom-Kraft )
  • Kraft zwischen einem permanenten Dipol und einem entsprechenden induzierten Dipol ( Debye-Kraft )
  • Kraft zwischen zwei augenblicklich induzierten Dipolen ( Londoner Dispersionskraft )

Sie können sich auch an Vanderwaals Force wenden

Ein Atom oder Molekül ist in der Regel global neutral, dh es gibt genau gleich viele positive und negative Ladungen. Allerdings fällt das Ladungszentrum (Schwerpunkt des Qi) für die positiven und negativen Ladungen nicht immer zusammen. Dadurch entsteht ein elektrostatischer Dipol, der mit einem externen elektrischen Feld wechselwirken kann. Um auf Ihre erste Kugel zu antworten, ist der elektrostatische Dipol nicht mit Elektronen verbunden, die die Umlaufbahn ändern. Die Kohäsionskräfte in Festkörpern haben zwei verschiedene Ursachen: Orbitale Kopplung (nicht elektromagnetischer Natur) oder Ionenbindungen in Ionenkristallen (Na+, Cl-) zum Beispiel. Bei letzterem beruht die Kohäsion des Kristalls auf elektrostatischer Wechselwirkung (nicht dipolar). Bei den Flüssigkeiten sind die elektrostatischen Kräfte für die beobachteten Eigenschaften verantwortlich.

Es sieht so aus, als ob die "elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Molekülen" hauptsächlich auf elektrostatische Kräfte in Form von Dipol-Dipol-Kräften und so weiter zurückzuführen ist.

Das ist nicht ganz richtig – London-Kräfte sind elektrostatisch, aber Casimir-Kräfte sind elektrodynamisch, und der Übergang ist wichtig bei Entfernungen, die nicht unendlich sind, aber vergleichbar mit der Wellenlänge der atomaren Übergänge.
@Ron Maimon: Ich bin respektvoll anderer Meinung, wie ich "meistens fällig" sagte, und soweit ich weiß, sind die Casimir-Kräfte relativ sehr klein, was durch die Tatsache belegt wird, dass sie Jahrzehnte nach ihrer Vorhersage experimentell entdeckt wurden. Daher glaube ich, dass meine Antwort "völlig richtig" ist, obwohl sie nicht "vollständig" sein sollte.
Casimir-Kräfte sind nicht so klein, sie sind ständig mit elektrostatischen London-Kräften verbunden, wenn der Abstand klein wird. Nur bei makroskopischen Objekten sind die Messungen schwierig.
@Ron Maimon: Könnten Sie also einen Hinweis (früher als, sagen wir, 1972 - erinnern Sie sich, Casimir-Kräfte wurden theoretisch um 1948 entdeckt) auf experimentelle Beweise für Casimir-Kräfte für mikroskopische Objekte geben? Oder auf andere Weise erklären, in welchem ​​Sinne Casimir-Kräfte nicht so klein sind? Oder meinen Sie, dass elektrostatische Kräfte tatsächlich elektrodynamisch sind, da sie durch Photonen vermittelt werden? Ich verstehe bisher nur nicht ganz was du meinst.
Ich meine, dass die Van-Der-Waals-Kraft, die Koeffizienten "a" und "b" in der von Van-Der-Waals berechneten thermodynamischen Zustandsgleichung, aus a abgeschätzt werden können 1 R 7 Potenzial, nicht a 1 R 6 Potenzial, mit einem Crossover bei einigen hundert Atomradien. Der 1 R 6 Kraft ist elektrostatisch und wird von London aus der Störungstheorie zweiter Ordnung berechnet. Ich glaube, die Diskrepanz zum Experiment wurde von Casimir bemerkt. Der 1 R 7 Kraft wurde von Casimir elektrodynamisch berechnet, bevor Bohr die Verwendung von Vakuumenergie vorschlug, und der langreichweitige Teil war als r^7 bekannt.
@Ron Maimon: Ich konnte Sie immer noch nicht verstehen, bis ich mir pharmahub.org/resources/372/download/… angesehen habe , Gl. (27). Es stellt sich heraus, dass die Casimir-Kraft nur dann wesentlich zur Van-der-Waals-Kraft beiträgt, wenn der Abstand sehr groß ist, beispielsweise 0,1 Mikron, wenn die Van-der-Waals-Kraft selbst sehr klein ist. Daher ist es richtig, dass molekulare Kräfte hauptsächlich elektrostatisch sind und dass die Casimir-Kraft relativ sehr klein ist.
Sie sollten nicht sagen "trägt wesentlich bei", die Van-Der-Waals-Kraft ist die Casimir-Kraft! Es sind zwei Namen für dasselbe. Die Nahfeld-London-Streitkräfte werden als London-Streitkräfte bezeichnet. Der Crossover-Radius ist die Wellenlänge des von den Molekülen emittierten Lichts, das sind ungefähr sichtbare Wellenlängen, also ein Zehntel Mikrometer. Ich stimme zu, dass es kleiner ist als die Londoner Kräfte, ich bin mir nicht sicher, ob es immer vernachlässigbar ist, da es eine Dämpfung der Kraft ist, sodass elektrostatische Beiträge mit großer Reichweite abgeschnitten werden.
Wenn Sie solche Definitionen verwenden, dass "die Van-Der-Waals-Kraft die Casimir-Kraft ist", hätten Sie nicht sagen sollen, dass "London-Kräfte elektrostatisch sind, aber Casimir-Kräfte sind elektrodynamisch" - ich hatte allen Grund zu der Annahme, dass durch "die Casimir-Kraft" meinten Sie die Korrektur der elektrostatischen Kraft. Andernfalls macht Ihr Satz "Casimir-Kräfte sind nicht so klein" in dieser Diskussion keinen Sinn - es stellt sich heraus, dass die Casimir-Kraft nach Ihrer Definition auch elektrostatische Kraft enthält. Wenn also "Casimir-Kräfte nicht so klein sind", kann dies nicht widerlegt werden mein "meistens fällig".
Es ist nicht meine Definition, aber ich möchte nicht über die Wortwahl streiten. Casimir-Kräfte sind die von Casimir berechneten Kräfte, die die verzögerte Version der Londoner Kraft sind.
Das bedeutet, dass Sie diese Diskussion mit einer irreführenden Aussage begonnen haben, dass Casimir-Kräfte elektrodynamisch seien, während sie nach der von Ihnen verwendeten Definition einen erheblichen elektrostatischen Anteil enthalten und daher nicht als Argument gegen meine Formulierung "meistens fällig" angesehen werden können. Ich stehe zu dieser Formulierung.
Es ist nicht irreführend --- Casimir-Kräfte sind nicht elektrostatisch, sie sind elektrodynamisch, weil sie verzögert sind. Sie erhalten sie nicht aus der elektrostatischen Wechselwirkung, Sie erhalten Dipol-Dipol-Kräfte aus der Störungstheorie zweiter Ordnung. Ich verwende Standardterminologie, aber ich möchte nicht über Worte streiten. Ich stimme zu, dass makroskopische Kräfte hauptsächlich elektrostatisch sind, die Casmir-Kraft ist die einzige Ausnahme. Es ist nicht die dominierende Nahfeldstreitmacht, und daher kann ich mit Ihrer Antwort leben, obwohl Sie sie leicht vervollständigen könnten, indem Sie die Casimir-Streitkräfte erwähnen.
Ursprung der elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Molekülen
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