Молекулярные силы

Силы взаимодействия между молекулами, или, как их еще называют, Ван-дер-Ваальсовские силы имеют электрическую природу. Это кулоновские силы взаимодействия заряженных частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Они проявляются на расстояниях, соизмеримых с размерами самих молекул и очень быстро убывают при увеличении расстояния. При этом одновременно действуют силы притяжения (взаимодействие разноименных зарядов) и силы отталкивания (взаимодействие одноименных зарядов). Т.к. реальные частицы не являются точечными, то величина этих сил зависит от расстояния между ними по-разному.

Различают три типа сил Ван-дер-Ваальса:

a) ориентационные – действуют между полярными молекулами:

молекулярные силы - student2.ru ,

где р – электрический дипольный момент частиц, r – расстояние между ними, k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура.

б) индукционные – описывают взаимодействие молекул, поляризация

зарядов в которых возникает под воздействием электрических полей соседних частиц:

молекулярные силы - student2.ru .

Здесь: ринд = ε0αЕ – приобретённый электрический дипольный момент частиц; α – поляризуемость молекул.

в) дисперсионные – определяют взаимодействие молекул, несимметричное распределение зарядов в которых возникает случайно, в процессе движения электронов по орбитам, что и приводит к образованию мгновенных диполей:

молекулярные силы - student2.ru .

В общем случае все три типа сил могут действовать одновременно:

Fм = Fо + Fи + Fд.

Рассмотрим зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния. Силы притяжения Fпр считаются отрицательными, а силы отталкивания Fот – положительными. Сумма этих сил дает результирующую – Fрез = f(r). На некотором расстоянии r0 между молекулами |Fпр| = |Fот| и результирующая сила F = Fпр + Fот = 0. Если r < r0, то преобладают силы отталкивания. Если r >r0, то преобладают силы притяжения. Однако на расстоянии r > 10-9 м силы Ван-дер-Ваальса быстро стремятся к нулю.

молекулярные силы - student2.ru Система взаимодействующих молекул характеризуется некоторым запасом потенциальной энергии, которая сложным образом зависит от r, Еп = f(r):

r → ∞ – Еп → 0 ;

r > r0 и r → r0 – Еп → Еп min , Еп < 0 ;

r = r0 – Еп = Еп min , Еп < 0;

r < r0 и уменьшается – Еп → ∞, Еп > 0.

Наименьшая потенциальная энергия взаимодействия называется энергией связи молекул. Она равна работе, которую необходимо совершить против сил притяжения, чтобы разъединить молекулы, находящиеся в равновесии.

Соотношение минимальной потенциальной энергии (Еп min) и величины удвоенной средней энергии теплового движения приходящейся на одну степень свободы молекулярные силы - student2.ru является критерием агрегатного состояния вещества. Если:

а) Еп min << kT – газ;

б) Еп min » kT – жидкость;

в) Еп min >> kT – твердое тело.

Таким образом, любое вещество в зависимости от температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии.

Наши рекомендации