.

Так как потенциалы ионизации молекул колеблются в нешироких пределах, вблизи 10 эВ, то различие энергии дисперсионного взаимодействия определяется главным образом поляризуемостью молекул.

Энергия дисперсионного взаимодействия, так же как ориентационного и индукционного взаимодействий, пары частиц обратно пропорциональна шестой степени расстояния; однако же для приближенного расчета теплоты испарения жидкости следует ввести поправочный коэффициент, учитывающий координационное число и другие факторы, т.е. параметры взаимодействия частицы с ее окружением.

Особенностью дисперсионного взаимодействия является его всеобщность - во всех молекулах есть движущиеся электроны, поэтому дисперсионное взаимодействие существенно для всех без исключения молекул, а для неполярных молекул эффект Лондона - главный и практически единственный источник сил Ван-дер-Ваальса (если расплав или кристалл неполярного вещества - недостаточно очищен от полярных примесей, то индукционное взаимодействие там может тоже быть представлено, но его вклад в этом случае - пренебрежимо мал). Дисперсионное взаимодействие вносит также определенный вклад в энергию связи ионов в молекулах и в ионных кристаллах.

Дисперсионные взаимодействия играют основную роль в межмолекулярных взаимодействиях подавляющего большинства веществ. Они также формируют гидрофобные оболочки клеточных органоидов и мембран. За счет гидрофобных (в основном дисперсионные, а также, отчасти, индукционные) связей неполярные участки радикалов аминокислот в структуре белка и радикалов нуклиотидов в структуре нуклеиновых кислот, радикалы липидов в липидных оболочках и т.п. располагаются упорядоченно; а не создают неопределенность положения в молекуле и органоиде вцелом, свободно изгибаясь и мешая работе организма.

Другой важной особенностью дисперсионного взаимодействия является его аддитивность. Например, если имеются три частицы, то общая энергия взаимодействия U123 слагается из энергий попарного их взаимодействия U12, U23 и U31: U123 = U12+U13+U31. Наглядно аддитивность дисперсионных взаимодействий можно объяснить как результат согласованного в такт движения электронных осцилляторов, понижающего общую энергию нулевых колебаний системы. Аддитивность дисперсионных сил проявляется в адсорбции и других процессах связанных с конденсацией газа.

Дисперсионные силы играют большую роль при взаимодействии не только отдельных молекул, но и коллоидных частиц. Благодаря аддитивности дисперсионных сил энергия взаимодействия одной молекулы коллоидной частицы со всеми молекулами другой коллоидной частицы убывает уже не пропорционально шестой, а только третьей степени расстояния.

Если же учесть взаимодействие всех молекул одной коллоидной частицы со всеми молекулами другой коллоидной частицы, то энергия дисперсионного взаимодействия, отнесенная к единице поверхности, спадает пропорционально квадрату расстояния между поверхностями макрочастиц:  , где s - расстояние между поверхностями частиц; n - число молекул в единице объема вещества; I1, I2 - потенциалы ионизации частиц; a1, a2 - величины поляризуемости частиц. Таким образом, суммарное взаимодействие оказывается значительным и на больших расстояниях. Исследование этого эффекта советскими физиками Ландау и Лифшицем и изучение Дерягиным сил отталкивания между коллоидными частицами позволило Дерягину разработать современную теорию устойчивости и коагуляции коллоидных систем.

Особый вид дисперсионных взаимодействий наблюдается в, так называемых, лиофильных коллоидах (в истинных растворах высокомолекулярных соединений). У молекул, составляющих лиофильные коллоидные системы, длина осциллирующего диполя так велика, что взаимодействуют, по сути, не мгновенные диполи, а меняющие положение отдельные заряды; причем у каждой молекулы высокомолекулярного соединения, составляющего лиофильную коллоидную систему, одновременно существует множество положительных и множество отрицательных полюсов. Это, названное Лондоном униполярным, взаимодействие существенно в молекулах с сопряженными связями, в высокополимерных и т.п. соединениях, где электрон может перемещаться вдоль цепочки сопряженных связей. Энергия униполярного взаимодействия обратно пропорциональна второй степени расстояния.

Ван-дер-ваальсово отталкивание

(эффект Паули)

Выше были описаны три основных типа дальнодействующих сил ответственных за ван-дер-ваальсовое притяжение между молекулами: эффекты Лондона, Кезома и Дебая. При сближении молекул (или их частей), наряду с вышеизложенными дальнодействующими силами, заметными становятся также короткодействующие силы, возникающие при перекрывании электронных облаков молекул (или частей молекул). На больших расстояниях эти силы несущественны, так как электронная плотность спадает практически до нуля уже на отдалении порядка 3Å от ядра атома.

Перекрывание электронных облаков может привести ко двоякого рода результатам: если у частиц имеются незаполненные целиком или низко лежащие свободные молекулярные орбитали, могут образоваться донорно-акцепторные, координационные, межмолекулярные и другие химические соединения; короткодействующие силы другого вида — силы ван-дер-ваальсового отталкивания, возникающие при перекрывании полностью заполненных атомных или молекулярных электронных оболочек, связанных с проявлением принципа Паули.

Принцип Паули (принцип исключения Паули, запрет Паули) играет фундаментальную роль в поведении многоэлектронных систем. Согласно принципу Паули на одной спин-орбитали не может находиться двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Принцип исключения Паули отностся к основным законам природы и выражает одно из важнейших свойств не только электронов, но и всех других обладающих полуцелыми значениями спинового квантового числа микрочастиц (в том числе: протонов, нейтронов, многих других элементарных частиц, а также многих атомных ядер).

Например: если две молекулы H2 в основном состоянии оказываются очень близко друг к другу, между ними возникают силы отталкивания: два электрона первой молекулы на орбитали σ1s и два электрона второй молекулы на такой же σ1s-орбитали оказываются в одной области пространства; но так как в граничной области σ1s-орбитали может находиться не более чем два электрона с антипараллельными спинами (запрет Паули), то обе пары электронов двух столкнувшихся молекул будут стремиться отдалиться друг от друга. Электронная плотность в области соприкосновения понизится, и кулоновское отталкивание отделит одну пару ядер от другой; слияние системы в молекулу H4 не произойдет. В ван-дер-ваальсовом отталкивании проявляется насыщаемость химических связей.

Аналогичное состояние возникает при сближении и других молекул, орбитали которых заполнены парами электронов с антипараллельными спинами: при перекрывании молекулярных орбиталей возникает эффект ван-дер-ваальсового отталкивания (иногда силы отталкивания, возникающие при перекрывании полностью заполненных электронных оболочек, назавают "силами Паули"). Природа их, также как и других сил Ван-дер-Ваальса – электрическая.