¿Por qué la fuerza intermolecular puede ser atractiva y repulsiva?

El ejemplo más típico de tal potencial es el potencial de Lennard-Jones:

$$V = -\left(\frac{r_0}{r}\right)^6+\left(\frac{r_0}{r}\right)^{12}$$ Esto es repulsivo a distancias muy cortas, pero atractivo a distancias grandes, como dijiste en tu pregunta. De hecho, el potencial de Lennard-Jones es una conjetura matemáticamente simple basada en estas suposiciones.

Pero, ¿por qué esperamos tal comportamiento? Aunque un átomo o una molécula sean eléctricamente neutros en general, la carga puede distribuirse de manera desigual (se puede pensar que tiene una parte con carga positiva y otra con carga negativa). Esta distribución desigual puede deberse a las fluctuaciones cuánticas de los átomos oa la estructura molecular de las moléculas. De todos modos, da lugar a un momento dipolar, generalmente llamado$p$, que a su vez produce un campo eléctrico$E \propto p/r^3$. Ahora, este campo inducirá un momento dipolar.$p'$en otra molécula para que$p' \propto E \propto p/r^3$. La energía potencial de dos dipolos escala como$p p' /r^3$dando por tanto lugar a la$1/r^6$potencial.

Por otro lado, cuando dos átomos se acercan mucho, suceden dos cosas: en primer lugar, la estructura subatómica se vuelve relevante, por ejemplo, en forma de electrones en las capas externas que se repelen entre sí; otro efecto que será relevante es el principio de exclusión de Pauli, que en términos generales en este caso evita que dos partículas ocupen el mismo espacio. La razón por la que elegimos$12$ya que el exponente probablemente se deba a la conveniencia de los cálculos más que a cualquier otra razón física.

Esta es en realidad una cuestión de interacción de átomos Consideremos dos átomos ambos en el infinito... aquí consideramos que no hay fuerza interactiva

En los átomos, las fuerzas existentes son 1. Fuerzas repulsivas: a) Repulsión electrón-electrón b) Repulsión núcleo-núcleo

2.Fuerzas de atracción:- a).Atracción núcleo-electrón

Hasta el punto de mínimos dominan las fuerzas de atracción, mientras que desde el punto de distancia cero hasta el punto de distancia mínima dominan las fuerzas de repulsión que las fuerzas de atracción.

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