范德瓦耳斯力和氫鍵的量子理論
正文
利用量子力學來解釋范德瓦耳斯力和氫鍵的理論。1930年F.W.倫敦從量子力學得出兩個分子可以由於瞬時偶極（兩個分子的瞬時偶極總是反向的）間的作用，產生引力，稱為倫敦力。量子力學計算表明，除極性特彆強的分子間的作用力外，分子間的范德瓦耳斯力都是倫敦力。由於這種相互作用說明了光通過物質發生色散的現象，倫敦力也稱色散力。用近似的量子力學計算的氫鍵本質包括三種作用，即靜電作用、電荷遷移作用〔在R1X-H…YR2體系中(R1、R2為烷基，X、Y為取代基)，YR2分子中有一部分電荷給予R1X-H〕和交換排斥作用（由於兩個分子的已成對的電子的電子云重疊產生的排斥力）。三種作用的大小相近，排斥力約抵消前兩種吸引力中的一種。單獨計算一種吸引力往往能得到與實驗值相近的鍵能。精密的量子化學計算結果基本相同，只是對於不同氫鍵體系，三種作用的相對值有所不同。另外,在【X-H…Y】中氫原子與X基本上保持共價鍵，而與Y的作用則較弱。
綜上所述，范德瓦耳斯力和氫鍵都是分子間相互作用，因此可以把它們都歸納到分子間相互作用這個範疇內。根據20世紀70年代以來對分子間相互作用的研究，根據作用的強弱可把分子間相互作用分為兩大類：第一類是弱相互作用，即范德瓦耳斯力；第二類是強相互作用，主要指兩個分子間由於有電子給予和接受作用而形成電子給受絡合物的相互作用，氫鍵為其中之一。一個典型的電子給受絡合物是：氨分子NH3中N的孤對電子授予BF3分子中的B原子，形成H3N:BF3絡合物。從理論上講，在弱相互作用的甲、乙二分子中，屬於分子甲的電子與屬於分子乙的電子是可以區分的。對於這樣的相互作用體系,從量子力學的處理可推得相互作用包括三部分:①未變形的甲分子與未變形的乙分子間的靜電相互作用，即甲分子中諸原子核與乙分子的電子云間的吸引，乙分子中諸原子核與甲分子的電子云間的吸引，以及甲、乙二分子中各原子核間的排斥作用。“定向力”是對於兩個極性分子間的這種作用的一個粗略近似。②未變形的甲分子與變形的乙分子間的相互作用，即被甲極化了的乙分子與甲分子間的作用，以及相應的被極化的乙分子與未變形的甲分子間的作用。“誘導力”是這種力的粗略近似。在量子理論中,未變形的分子可用基態表示,被極化了的分子可用激發態表示。因此這種作用也可以看成是一種分子的基態與另一種分子的激發態間的作用。③甲分子的激發態與乙分子的激發態間的作用，即倫敦力或色散力。以上三種力都屬於范德瓦耳斯力。當兩個分子相互極為接近時，還有一種由於兩個分子的已成對的電子的電子云重疊而產生的斥力。而第二類分子間相互作用，除了以上各種力外，由於甲分子中的電子與乙分子中的電子不可區分,還存在著一種“電荷遷移作用“,即在相互作用時，甲分子中的電子部分地遷移到乙分子，或乙分子中的電子部分地遷移到甲分子，或兩種作用同時都有。
