Трудно себе представить то многообразие молекул, которые созданы природой и человеком. Только в лабораториях по всему миру синтезированы и синтезируются миллионы самых разных молекул.
И все это многообразие соответственно имеет подчас невероятное разнообразие и свойств. Чем же определяются свойства молекулы? В первую очередь, конечно, атомным составом, но не менее важно то, в каком порядке эти атомы соединены между собой.
Молекула - изящное и сложное атомное сооружение. В ней, в этой постройке, каждый атом совершает движения около своего положения равновесия. (об этом можно прочитать здесь).
Даже отдельные части молекулы могут вращаться по отношению к другим частям, придавая одной и той же молекуле причудливые формы.
Для поведения атомов внутри молекулы - основной источник информации - это кривая потенциальной энергии (график). Рассмотрим такой график для двух атомов.
Кривая имеет следующий вид: сначала идет вниз, затем загибается, при этом образуется так называемая "яма", и потом приближается к горизонтальной оси координат, но уже заметно медленнее, чем бежала вниз.
По горизонтальной оси отложено расстояние между атомами. Как только атом попадет в состав молекулы, он скатится, в так называемую, "потенциальную яму". Расстояние от вертикальной оси координат до самой нижней точки графика (дна ямы) является расстоянием равновесия атома в молекуле.
Если бы прекратилось, никогда не прекращающееся тепловое движение, то все атомы бы расположились на дне своих "ям", то есть на строго определенном расстоянии.
Кривая рассказывает о всех деталях взаимодействия между атомами. Будут притягиваться или отталкиваться частицы, и на каком расстоянии это будет происходить. Что будет с силой, как она меняется при удалении или сближении частиц, какая нужна энергия, чтобы сжать или разорвать молекулу - все эти сведения можно получить из одной этой кривой.
Точки левеее "дна ямы" соответствуют отталкиванию. Участки правее ямы характеризуют притяжение. Чем круче идет вниз (или вверх) кривая, тем больше сила взаимодействия.
Находясь на больших расстояниях, атомы притягиваются один к другому, но по графику видно, что эта сила весьма быстро уменьшается при увеличении расстояния между атомами.
При сближении атомов на расстояние меньше равновесного, проявляются силы отталкивания, которые нарастают очень резко (кривая очень круто идет вверх ), и поэтому дальнейшее уменьшение расстояния становится невозможным.
Конечно, для разных атомов в молекуле состояние равновесия будет различным. Для каждой пары атомов различна и глубина ямы. У того насколько глубока яма простой физический смысл: чтобы выскочить из ямы, атому, как раз нужна энергия, равная глубине. Поэтому глубину можно считать энергией связи.
