Молекулы. 
Электромагнетизм, оптика, квантовая физика

Химическая связь

Связь атомов в молекулах называется химической связью. Она почти полностью обусловлена силами электростатического взаимодействия между электронами и ядрами атомов. Однако объяснить это явление можно только при помощи законов квантовой механики. Различают ковалентную и ионную связи атомов в молекулах. Различия между этими типами связи определяются различными пространственными распределениями валентных электронов в молекулах. Химическая связь двух атомов называется ковалентной, если волновая функция, описывающая движение внешнего электрона, такова, что он с равной вероятностью может находиться около любого из этих атомов. В таком случае говорят, что электрон принадлежит сразу двум атомам. Ковалентная связь характерна для молекул, состоящих из одинаковых атомов. Типичный пример ионной связи — связь атомов натрия Na и хлора С1 в молекуле NaCl. В этой молекуле единственный внешний электрон атома натрия переходит к атому хлора. В результате образуются ионы Na⁺ и С1″, между которыми действуют силы кулоновского притяжения.

Независимо от того, какой характер имеет связь атомов в молекуле, при больших расстояниях (R > R₀) атомы притягиваются друг к другу, а при малых (R < R₀) они отталкиваются. При этом потенциальная энергия U взаимодействия атомов зависит от расстояния R между ними. Примерный график этой зависимости показан на рис 7.1.

Рис. 22.1. Зависимость потенциальной энергии U взаимодействия двух атомов от расстояния R между ними.

Запишем несколько первых членов разложения функции U = U® в ряд Тейлора по степеням R — R₀:

Так как.

в окрестности точки R₀ зависимость U = U{R) потенциальной энергии двух атомов от расстояния между ними можно описать приближенной формулой.

При / = О формула (22.1) описывает потенциальную энергию гармонического осциллятора. Система, потенциальная энергия которой зависит от расстояния Я согласно формуле (22.1), где / ф О, называется ангармоническим осциллятором.

где.