原子鍵結與原子間作用力
原子間作用力
為什麼兩個原子會停在彼此某個距離、而不是飛散開來或撞在一起?因為總有兩股相反的傾向在拉扯:距離遠時它們相吸、彼此靠近,但擠得太近又相斥、彼此推開。原子間作用力就是這兩者的淨結果,而它們恰好抵消之處,就是原子安然歇息的地方。
吸引來自鍵結本身,正負電、共用電子、電子海,並在原子靠近時增強,但只到某個程度為止。排斥則來自原子的電子雲與原子核被迫重疊;遠處微不足道,但在原子非常靠近時陡然升高,遠比吸引快。把兩股力相加,總力在原子相隔遠時是吸引、在某個特殊間距為零、再擠近一點就強烈排斥。那個轉折點就是平衡間距,自然的鍵長。
這場拔河是每一個固體的力學基礎。因為原子坐在這個平衡的谷底,把材料拉開(拉遠原子)會喚回把它們拉回的吸引,把材料壓縮(推近原子)會喚回把它們推回的排斥;正是這種回復行為,讓固體有彈性、有確定的剛性。原子間作用力,是力學、熱膨脹與鍵結三者共同的起點。
想像兩個原子用一根極小的彈簧接在其鬆弛長度上。拉開它們,淨吸引把它們拉回;推近它們,淨排斥把它們推回。這根彈簧在其靜止長度附近的陡峭程度,字面上就是材料的剛性,它的楊氏模數可追溯到這一條曲線。
吸引,加上更陡的排斥,定出一個歇息距離,即鍵長。
常見的誤解是以為只有吸引在維繫鍵。若沒有短程那股陡峭的排斥,原子早就塌陷彼此重疊;鍵長之所以存在,正是因為吸引與排斥達成平衡,而不是吸引自己在某處就停住。
又称
另见