Warum kann die zwischenmolekulare Kraft anziehend und abstoßend sein?

Das typischste Beispiel für ein solches Potential ist das Lennard-Jones-Potential:

$$V = -\left(\frac{r_0}{r}\right)^6+\left(\frac{r_0}{r}\right)^{12}$$ Dies ist auf sehr kurze Entfernungen abstoßend, aber auf große Entfernungen anziehend, wie Sie in Ihrer Frage sagten. Tatsächlich ist das Lennard-Jones-Potential eine mathematisch einfache Schätzung, die auf diesen Annahmen basiert.

Aber warum erwarten wir ein solches Verhalten? Auch wenn ein Atom oder Molekül insgesamt elektrisch neutral ist, kann die Ladung ungleich verteilt sein (man kann sich vorstellen, dass es einen positiv geladenen und einen negativ geladenen Teil gibt). Diese ungleichmäßige Verteilung kann bei Atomen auf Quantenfluktuationen oder bei Molekülen auf die molekulare Struktur zurückzuführen sein. Wie auch immer, es entsteht ein Dipolmoment, das normalerweise als Dipolmoment bezeichnet wird$p$, die wiederum ein elektrisches Feld erzeugt$E \propto p/r^3$. Nun wird dieses Feld ein Dipolmoment induzieren$p'$in einem anderen Molekül so dass$p' \propto E \propto p/r^3$. Die potentielle Energie zweier Dipole skaliert wie$p p' /r^3$daher entsteht die$1/r^6$Potenzial.

Kommen zwei Atome hingegen ganz nah zusammen, passiert zweierlei: Erstens wird die subatomare Struktur relevant, etwa in Form von sich abstoßenden Elektronen in den äußeren Schalen; Ein weiterer Effekt, der relevant sein wird, ist das Pauli-Ausschlussprinzip, das in diesem Fall grob gesagt verhindert, dass zwei Teilchen denselben Raum einnehmen. Der Grund, warum wir wählen$12$da der Exponent wahrscheinlich mehr der Bequemlichkeit für Berechnungen als jedem anderen physikalischen Grund zuzuschreiben ist.

Dies ist eigentlich eine Frage der Wechselwirkung von Atomen. Betrachten wir zwei Atome, beide im Unendlichen ... hier gehen wir davon aus, dass es keine Wechselwirkungskraft gibt

In Atomen existieren Kräfte: 1. Abstoßungskräfte: a) Elektron-Elektron-Abstoßung b) Kern-Kern-Abstoßung

2.Anziehungskräfte:- a).Kern-Elektronen-Anziehung

Bis zum Punkt der Minima dominieren anziehende Kräfte, während vom Punkt des Nullabstandes bis zum Punkt des minimalen Abstandes abstoßende Kräfte dominieren als anziehende Kräfte.

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