Ағдарлаушы өзара әсерлесу.

исперсиялық өзара әсерлесу.

Қарапайым мысал ретінде 1.1-суретте көрсетілген екі гелий атомының өзара әсерлесуін аламыз. Гелий атомының электрондық тығыздығы сфералық симметриялы, соның нәтижесінде оның электрлік моменті нөлге тең. Бірақ, бұл тек қана атомның орташа электрлік моменті нөлге тең дегенді білдіреді. Уақыттың әрбір мезетінде электрондар кеңістіктің қандай да бір белгілі нүктелерінде өте тез өзгеріп отыратын лездік электрлік дипольдерді тудырады. Екі гелий атомы жақындасқанда электрондар қозғалысында корреляция (келісушілік) орнайды, ол өзара әсерлесуші күштердің пайда болуына алып келеді. Бұл күштер екі жақтылық сипатта болады. Егер электрондар қозғалысы 1.1 а –суретте көрсетілгендей болса, онда лездік дипольдар арасында тартылыс, ал 1.1 б - суреттегідей болса, онда атомдар арасында тебіліс пайда болады. 1.1 а-суреттегідей конфигурация іске асқанда жүйе энергиясы кемиді, оның ықтималдылығы жоғары және жиі кездеседі. Бұл гелий атомдарын байланыстыратын тұрақты тартылыс күштерінің болатынын көрсетеді. Электрондардың осындай келісілген қозғалысы нәтижесінде пайда болатын байланыс күштері дисперсиялық күштер деп аталады. Оларды ең алғаш рет 1930 жылы Лондон есептеді.

а) б)

1.1 - сурет

Есептеулер кезінде келесі модель негіз ретінде алынды: бір атомның лездік моментінің әсерінен екінші атом поляризацияланады және онда тартылыс болатындай дипольдардың орналасуы пайда болады (1.1 а-сурет). Есептеулер бөлшектердің дисперсиялық өзара әсерлесу энергиясын анықтайтын теңдеуді алуға мүмкіндік берді:

(1.2)

мұндағы — бөлшектердің поляризациялануы; - олардың қозу энергиясы; — ара қашықтықтары.

ағдарлаушы өзара әсерлесу.

Егер молекулалардың тұрақты дипольдік моменті , яғни полярлы болса, онда олардың арасында молекулаларды қатаң тәртіппен орналастыруға тырысатын электростатикалық өзара әсерлесулер (1.2 –сурет) пайда болады. Бұл кезде жүйе энергиясы кемиді. Молекулалардың дұрыс орналасуын жылулық қозғалыс бұзады. Сондықтан, молекулалардың бағытталып орналасуын анықтайтын жүйе энергиясы температураға күшті тәуелді болады. Молекулалардың толығымен бағытталып орналасуы болатын төмен температураларда өзара әсерлесу энергиясы мына қатынаспен анықталады:

(1.3)

мұндағы - молекулалардың ара қашықтықтары, — диэлектрлік тұрақты.

Жоғары температуралардағы дипольдік молекулалардың өзара әсерлесулері Кеезом көрсеткендей мына теңдеумен анықталады:

(1.4)

1.2 – сурет 1.3 – сурет

Қарастырған өзара әсерлесу бағытталушы (ориентациялық) деп аталады.

Индукциялық өзара әсерлесу.

Поляризациялануы жоғары болатын полярлы молекулаларда көршілес молекулалардың тұрақты өрістерінің әсерінен индукциялық моменттер пайда болуы мүмкін (1.3-суретте үзік сызықтармен индукцияланған диполдар көрсетілген). Бірінші және екінші молекулалардың дипольдері арасында пайда болған өзара тартылыс энергиясы Дебай көрсеткендей температураға байланысты болмайды және мына қатынаспен анықталады:

(1.5)

мұндағы М — молекулалардың тұрақты дипольдік моменті, α — олардың поляризациялануы.

Осындай өзара әсерлесу индукциялық немесе деформациялық деп аталады.

Жалпы алғанда, екі молекула бір-біріне жақындағанда барлық үш түрлі байланыстың пайда болуы мүмкін, және өзара әсерлесу энергиясы дисперсиялық , бағдарлаушы және индукциялық өзара әсерлесулер энергияларының қосындысына тең болады:

1.1 - кесте

Заттар	Өзара әсерлесулер түрлері
дисперсиялық	индукциялық	Бағдарлаушы
Су
Аммиак
Хлорлы сутек
Көміртек окисі

1.1- кестеде cу, аммиак, хлорлы сутек, көміртек окисі үшін осы байланыс энергияларының әрбіреуінің салыстырмалы пайыздық мөлшері берілген.

1.1- кестеден барлық заттардың байланыс энергияларының ішінде индукциялық өзара әсерлесу энергиясының аз екендігі көрініп тұр. Полярлы молекулалалы заттардың бай ланыс энергияларының 3/4 немесе 1/2 бөлігі қатаң (жесткии) дипольдердің бағытталып өзара әсерлесу энергиясынан тұрады. Ал полярлы емес молекулалы заттардың байланыс энергиялары толығымен дисперсиялық өзара әсерлесу энергиясы болып табылады деп айтуға болады.

1.2 – кесте

Неон	........................1,9	Оттегі	............................8,2
Аргон	........................8,4	Көміртек окисі	............................8,4
Азот	........................6,6	Метан	............................10,8

1.2 - кестеде кейбір молекулалық кристалдардың Ван-дер-Ваальс күштері әсерінен пайда болған байланыс энергияларының мәндері келтірілген.

3)Құрылымына байланысты қатты денелерінің топтастыру

Қатты дененің көпшілігінің құрылымы кристалдық болып табылады, ол дегеніміз атомның орналасуы симметриялы қасиетке ие: трансляционды, бағытталған симметрия және басқа симметриялы болып келеді.Трансляционды симметрия деп, атомдардың кристалдың торымен сәйкес келіп, х,у,z осі бойынша белгілі қашықтыққа жылжуы.Бағытталған симметрия деп кристалдық тордың атомдары өз осінен 90,60,120 градусқа айналған кезде сәйкес келетін симметрия. Кристалдық симметрияның басқа да түрлері бар:

- инверсия нүктесі деп кристал х,у,z координатасынан - х,-у,-z координатасына ауысқанда сәйкес келетін нүкте.

- шағылу жазықтығы деп кристалдың атомдары сол жазықтыққа қатысты, винттік оське және сырғанау осіне қатысты шағылуы.

.Көптеген металдар, жартылайөткізгіштер және диэлектриктер кристалдық құрылымның төрт түрінің біреуіне сәйкес болады. Олар: кубтық, көлемді центрленген, кубтық қыры центрленген, гексагоналды тығыз нығыздалған, алмаз тектес тор. Бұл құрылымдар 8-суретте көрсетілген. (a,б,в,г)

Алмаз тектес тор екі кубтық қыры центрленген торлардан қүралған, олардың біреуі екіншісіне қатысты үлкен диагоналдың төрттен бір бөлігіне жылжыған. 1-кестеде қатты дененің кристалдық құрылымының мысалы келтірілген.

Торлардың типі	Коорд. сан	Түйінаралық көлем	Металдар	Диэлектриктр	Жөткізгітер
ОЦК (8а)			Nb Mo W AgMg CuPt	CsCl TlCl
ГЦК (8б)			Rh Pd Ir Pt	NaClMgO
ГПУ (8в)			TcRn Re Os		ZnOCdS
Алмаз (8г)			Zn Se	CuFCuCl	C SI GeInSb

Кристалдық тордың негізгі типтері: 1.Көлемдік кубтық центрілген (ОЦК)(1.2а сур), атомдар кубтың төбелері мен центрлерінде орналасады (V, W, Ti, ) 2.Қырлық кубтық центрілген (ГЦК) (1.2 б сур),атомдар кубтың төбелері мен әр 6 қырдың центрінде орналасады.(Ag, Au, ) 3.Гексагональдық, оның негізінде алты бұрыш жатыр: ○қарапайым – атомдар ұяшықтың төбелерінде және 2 негіздемелерінің центрлерінде орналасады (графит түріндегі көміртегі) ○тығыз орналасқан (ГПУ) – ортаңғы жазықтықта 3 қосымша атом болады. Сүр.1.2.Кристалды тордың негізгі түрі: а- көлемдік кубтық центрілген; б- қырлық кубтық центрілген; в- гексагональдық тығыз орналасқан

4)Ленард-Джонс потенциалы және оның шығарылуы

Молекулалар арасындағы әсерлесудің потенциалы. Кіші қашықтықтарда молекулалар арасында тебу күштері орын алады. Тебу молекулалардың белгілі бір көлем иеленетіндігінің, бұл көлемге басқа молекулалардың енуіне жол берілмейтіндігінің нәтижеси болып табылады. Бұл тебу күштери молекулалардың өлшемдеріндей аралықтарда орын алады.

Потенциал энергияның r қашықтыққа байланысты өзгерісі суретте көрсетілген. r > r₀ қашықтықтарында молекулалар арасында тартылыс күштері әсер етеді, ал r < r₀ қашықтықтарда тебу күші орын алады. Е_n(r) үшін дәл мінездеме тек қана айқын молекула үшін берілуі мүмкін. Барлық молекулалар үшін Е_n(r) ге универсал формула жоқ. Әдетте Е_n(r) функциясы төмендегі формула көмегімен аппрокцияланады:

Молекулалық өзара әсерлесу потенциалы.

Е_n(r) = а₁/rⁿ - а₂/r^m.

Бул формуладағы а₁, а₂, n және m реал потенциал үшін алынады. Зерттеулер көптеген жағдайларда n = 12, m = 6, айқын атомдар үшін алынған а₁ мен а₂ -лерде қанағаттанарлық нәтиже алынатынын көрсетеди, яғни

Е_n(r) = 4e₀ [(s/r)¹² - (s/r⁶)] . (24-5)

Сұйықтар және газдар теориясында кеңінен қолданылатыны, бұл потенциал Леннард-Джонс потенциалы деп аталады.

Ван-дер-Ваальс күші төмендегі формуламен беріледі:

Ғ(r) ~ 1/r⁷

Яғни бұл күш қашықтыққа байланысты өте тез кемиди. Сәйкес потенциал

Е_n(r) ~ 1/r⁶.

Демек, Ван-дер-Ваальс күштери заряд алмасу толық болмайтын жағдайларда пайда болады.