什么是相互作用能?

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相互作用能(intraatomic interaction energy)也称为分子内力,是指分子中电子或原子与其它原子或电子之间由于色散作用所引起的相互作用。 这种能量通常比范德华力大许多倍,是形成化学键的主要驱动力。因为色散力是一种偶极相互作用,所以只有当原子或基团带有未成对的孤对电子时,才有这种作用。 例如,在苯分子的三个碳原子和六个氢原子中,只有一个碳-氢键含有色散力,这是因为第三个碳上的孤对电子与第六个碳上的一个氢原子间的色散力引起C-H键的偶极性所致;而在甲烷中四个碳-氢键均没有色散力,原因在于第四个碳上的两个氢被第三个碳上的一个氢所取代后,形成一个共价单键,使第四个碳上缺少了孤对电子而没有了色散力的来源。

对于由多个原子形成的分子,其分子内的所有原子间的相互作用能的总和构成该分子的相互作用势能。在量子力学中,利用波函数对时间进行求导即可得到系统的相互作用能。 根据量子力学理论,当电子受到其他电子或者原子核的存在时,其运动状态将不再是简并的,因此不能把电子看成点电荷,而是必须考虑其它电荷的存在而对电子的运动产生影响,这样的影响可以表示为薛定谔方程的一个附加项——静电势能项。这个项与电子的初始轨道相关,而与其后面的演化过程无关。由此可以将所有可能的状态的能量进行计算,进而得到系统的相互作用能。

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