Даже в пределах неполяризованного молекулы распределение электронной плотности является равномерным
только в случае его усреднения по времени. В каждый момент времени вследствие флуктуаций плотности возникают локальные неоднородности, т.е. парциальные заряды разного знака, и молекула представляет со-бою временный диполь. При приближении другой молекулы такой временный диполь первой молекулы индуцирует диполь в рамках второй молекулы, вследствие чего возникает притяжение электрической природы (рис. 1.7).
Квантовая механика говорит, что энергия пары молекул, электронные системы которых поляризованы, ниже по энергии пара неполяризованных молекул. В результате все молекулы и атомы на близких расстояниях притягиваются друг к другу. Взаимодействия такого типа были описаны Ван дер Ваальса (Johannes Van der Waals) и носят его имя. Вандерваальсовы взаимодействия между неполяризованным молекулами называют дисперсионными; взаимодействия между двумя поляризованными молекулами (постоянными диполями)? ориентационными (или диполь-дипольными) между неполяризованного молекулой и постоянным диполем? индукционными (или взаимодействиями типа диполь-индуцированный диполь).
Основные свойства вандерваальсовы взаимодействий:
• Вандерваальсовы взаимодействия, которые приводят к привлечению нмалих расстояниях, реализуемых между любыми молекулами и атомами независимо от их природы.
• Вандерваальсовы взаимодействия является короткодействующими: энергия взаимодействия быстро снижается с расстоянием между молекулами или атомами r (пропорционально 1/r6). То вандерваальсовы взаимодействия являются существенными при непосредственном контакте между молекулами (атомами, химическими группами).
• Слова? Непосредственный контакт? означают, что существует определенная оптимальная величина r0? расстояние, на котором энергия взаимодействия минимальна. При снижении r притяжения между молекулами меняется на отталкивание: электронные оболочки различных молекул (уже насыщены валентными электронами) не могут проникать друг в друга (согласно принципу запрета Паули). Величина r0 характеризует размер каждого атома (вандерваальсив радиус), который используется при построении молекулярных моделей (как, например, на рис. 1.3). Непроницаемость атомов друг для друга (стерические ограничения) имеет большое значение для структуры биополимеров: среди большого количества конформаций возможны лишь те, для которых наблюдается проникновение одной части цепи в другую (два атома не могут занимать одну область пространства).
• Вандерваальсови взаимодействия являются самыми слабыми среди всех нековалентных взаимодействий. Для сравнения: величина средней кинетической энергии теплового движения RT при 27 ° С составляет 0,6 ккал / моль; типичные значения энергии вандерваальсовы взаимодействий (на расстоянии r0) варьируют в пределах 0,1? 0,5 ккал / моль. Последнее утверждение требует уточнения относительно макромолекул. Когда взаимодействуют достаточно большие поверхности, между которыми реализуется ве-лика количество межатомных контактов вандерваальсови взаимодействия становятся существенным фактором стабилизации структуры макромолекул и макро-молекулярных комплексов. Для того, чтобы таких контактов было действительно много (чтобы не было пустот), две поверхности должны хорошо соответствовать друг другу (как ключ к замку)? быть пространственно комплементарными. Пространственная комплементарность между поверхностями макромолекул является одним из важных механизмов специфического взаимодействия между ними.