分子间相互作用的起源-四极子

作为整体，有的分子的正电荷中心和负电荷中心相互重合，没有极性，偶极矩为零。但从局部来看，分子仍带有极性，分子间仍存在静电相互作用。例如，CO2的C原子和O原子电负性不同，C原子和O原子间生成极性化学键C=O。但是，CO2为线形分子，两个C=O键形成的两个偶极子大小相同，方向相反，正好相互抵消。因此，作为整体CO2分子没有极性，偶极矩为零。为了表示像CO2那样偶极矩为零的分子间的相互作用，在电磁学中定义了四极子（quadrupole）,八极子（octupole）、十六极子（hexadecapole）等概念。其中，衡量四极子的物理量四极矩张量被定义为

四极矩张量的单位为C.m2值得注意的是，就任何电荷分布的最低价非零多极矩来说，其值与坐标原点的选取无关，但所有更高价的多极矩通常都依赖于原点的位置。例如，中性分子的偶极矩与坐标原点的选取无关，但离子的偶极矩与坐标原点的选取有关。同样，非极性中性分子的四极矩与坐标原点的选取无关，但极性中性分子的四极矩与坐标原点的选取有关。对不同空间取向取热力学平均后，点电荷与四极子、偶极子与四极子、四极子与四极子的相互作用势分别为