Kirish

Kristal jismlarning bir-biri bilan, shuningdek, gazlar va suyuqliklar bilan kontaktli o'zaro ta'siri, shuningdek, aloqa qiluvchi moddalarning elementar zarralari o'rtasida molekulalararo yoki atomlararo aloqalarning paydo bo'lishi bilan birga keladi.

Moddaning tuzilishi faqat kimyoviy zarrachalardagi atomlarning nisbiy joylashishi bilan emas, balki bu kimyoviy zarralarning fazoda joylashishi bilan ham belgilanadi. Atomlar, molekulalar va ionlarning eng tartibli joylashishi kristallarda (yunoncha "kristallos" - muzdan) bo'lib, bu erda kimyoviy zarralar (atomlar, molekulalar, ionlar) ma'lum bir tartibda joylashib, kosmosda kristall panjara hosil qiladi. Da muayyan shartlar shakllanishlar ular muntazam simmetrik ko'pburchaklarning tabiiy shakliga ega bo'lishi mumkin. Kristal holati zarrachalar joylashuvida uzoq masofali tartib mavjudligi va kristall panjaraning simmetriyasi bilan tavsiflanadi.

Molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari va ularning tabiati

Molekulyar o'zaro ta'sir - elektr neytral molekulalar yoki atomlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir; suyuqliklar va molekulyar kristallarning mavjudligini, farqni aniqlaydi haqiqiy gazlar idealdan kelib chiqib, xilma-xillikda namoyon bo'ladi jismoniy hodisalar. Molekulalararo o'zaro ta'sir molekulalar orasidagi masofa r ga bog'liq va, qoida tariqasida, potentsial o'zaro ta'sir energiyasi U(r) (m.v. potentsial) bilan tavsiflanadi, chunki u o'rtacha hisoblanadi. potentsial energiya o'zaro ta'sirlar moddaning holatini va ko'pgina xususiyatlarini belgilaydi.

Birinchi marta M. v. haqiqiy gazlar va suyuqliklarning xossalarini tushuntirish uchun J. D. van der Vaals (1873) ni hisobga oldi. Van der Vaals kichik masofalarda r molekulalar orasidagi itaruvchi kuchlar mavjudligini taklif qildi, ular masofa ortib borishi bilan jozibador kuchlar bilan almashtiriladi. Ushbu g'oyalarga asoslanib, molekulalararo o'zaro ta'sirlarning masofaga miqdoriy bog'liqligini hisobga olmagan holda, u haqiqiy gaz holatining van der Vaals tenglamasini oldi.

Van-der-Vaals kuchlari - energiya 0,8 - 8,16 kJ/mol bo'lgan molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari. Bu atama dastlab bunday kuchlarning barchasini bildirgan, ammo hozir odatda molekulalarning qutblanishi va dipollarning hosil bo'lishidan kelib chiqadigan kuchlarga nisbatan qo'llaniladi.

Van der Waals kuchlari dipollar orasidagi o'zaro ta'sirlarni o'z ichiga oladi (doimiy va induktsiyali). Ism bu kuchlar tuzatishga sabab bo'lganligidan kelib chiqadi ichki bosim real gaz uchun van der Vaals holat tenglamasida. Bu o'zaro ta'sirlar asosan biologik makromolekulalarning fazoviy tuzilishini shakllantirish uchun mas'ul bo'lgan kuchlarni aniqlaydi. Van der Vaals kuchlarining uch turi mavjud:

1. Orientatsiya kuchlari,

2. Dispersiya (London) kuchlari,

3. Induksion kuchlar.

Hozirgacha ko'plab mualliflar van der Vaals kuchlari qatlamli kristallardagi qatlamlararo o'zaro ta'sirni aniqlaydi, degan taxmindan kelib chiqadi, bu esa eksperimental ma'lumotlarga ziddir: Debay harorat anizotropiya shkalasi va shunga mos ravishda panjara aks ettirish anizotropiya shkalasi. Ushbu noto'g'ri taxmin asosida, xususan, grafit va bor nitridining xususiyatlarini "ta'riflaydigan" ko'plab ikki o'lchovli modellar qurilgan.

Tabiatdagi ko'rinishlar:

· Kichik asteroidlar zarralari, Saturn halqalarining birlashishi;

Gekkonlarning mutlaqo yurish qobiliyati silliq yuzalar, masalan, shisha

Van der Vaals gaz holati tenglamasi van der Vaals gaz modelidagi asosiy termodinamik miqdorlarni bog'laydigan tenglamadir.

Garchi ideal gaz modeli haqiqiy gazlarning harakatini yaxshi tavsiflaydi past bosimlar Va yuqori haroratlar, boshqa sharoitlarda uning tajriba bilan yozishmalari ancha yomonroq. Xususan, bu haqiqiy gazlarning suyuq va hatto qattiq holatga aylanishi mumkinligida namoyon bo'ladi, lekin ideal gazlar mumkin emas.

Haqiqiy gazlarning xatti-harakatlarini aniqroq tavsiflash uchun past haroratlar molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlarini hisobga oladigan van der Vaals gaz modeli yaratildi. Ushbu modelda ichki energiya U nafaqat haroratning, balki hajmning ham funktsiyasiga aylanadi.

Holatning termal tenglamasi (yoki oddiygina holat tenglamasi) bosim, hajm va harorat o'rtasidagi munosabatdir.

Bir mol van der Vaals gazi uchun u quyidagi shaklga ega:

*p - bosim,

*V - ovoz balandligi,

*T -- mutlaq harorat,

*R -- universal gaz doimiysi.

Ko'rinib turibdiki, bu tenglama aslida ikkita tuzatish bilan ideal gazning holat tenglamasi. Tuzatish a molekulalar orasidagi jozibador kuchlarni hisobga oladi (devordagi bosim pasayadi, chunki chegara qatlami molekulalarini ichkariga tortadigan kuchlar mavjud), b tuzatish itaruvchi kuchlarni hisobga oladi (molekulalar egallagan hajmni olib tashlaymiz. umumiy hajmdan).

n mol van der Vaals gazi uchun holat tenglamasi quyidagicha ko'rinadi:

Van der Vaals gazining ichki energiyasi:

Molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlarining potentsial energiyasi molekulalar cheksizlikka yoyilganda bu kuchlar bajaradigan ish sifatida hisoblanadi:

Van der Vaals gazining ichki energiyasi undan iborat kinetik energiya(molekulalarning issiqlik harakati energiyasi) va biz hisoblagan potentsial. Shunday qilib, bir mol gaz uchun:

Qayerda - molar issiqlik sig'imi doimiy hajmda, bu haroratga bog'liq emas deb hisoblanadi.

Jozibali kuchlar:

Orientatsiya kuchlari qutbli molekulalar, ya'ni dipolli molekulalar orasida harakat qiladi elektr momentlari. Ikki qutbli molekulalar orasidagi tortishish kuchi ularning dipol momentlari bir xil chiziq bo'ylab joylashganida maksimal bo'ladi. Natijada, dipollarning tortishishi ularning itarilishidan oshadi. Dipollarning o'zaro ta'siri ularning o'zaro yo'nalishiga bog'liq va shuning uchun dipollarning o'zaro ta'sir kuchlari orientatsion deyiladi. Xaotik issiqlik harakati qutbli molekulalarning yo'nalishini doimiy ravishda o'zgartiradi, ammo hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, barcha mumkin bo'lgan yo'nalishlar bo'yicha kuchning o'rtacha qiymati nolga teng bo'lmagan ma'lum bir qiymatga ega.

Qaytaruvchi kuchlar:

Molekulalarni tashkil etuvchi atomlarning to'ldirilgan elektron qobiqlari aloqa qilganda juda qisqa masofalarda molekulalar o'rtasida itaruvchi kuchlar ta'sir qiladi. Kvant mexanikasida mavjud bo'lgan Pauli printsipi to'ldirilgan elektron qobiqlarning bir-biriga kirib borishini taqiqlaydi. Bu holatda paydo bo'ladigan itaruvchi kuchlar bog'liq ko'proq darajada tortishish kuchlariga qaraganda, molekulalarning individualligidan.

Induktiv kuchlar

Induktiv (yoki qutblanish) kuchlari qutbli va qutbsiz molekulalar orasida harakat qiladi. Qutbli molekula hosil qiladi elektr maydoni, bu bilan molekulani qutblaydi elektr zaryadlari, butun hajm bo'ylab teng ravishda taqsimlanadi. Ijobiy to'lovlar yo'nalishda siljish elektr maydoni(ya'ni, musbat qutbdan), va salbiy - qarshi (musbat qutb tomon). Natijada qutbsiz molekulada dipol moment induktsiya qilinadi.

Bu energiya induktiv energiya deb ataladi, chunki u elektrostatik induksiya natijasida molekulalarning qutblanishi tufayli paydo bo'ladi.

Dispersiya kuchlari

Dispersiv molekulalararo o'zaro ta'sir qutbsiz molekulalar o'rtasida ishlaydi. Ushbu o'zaro ta'sirning tabiati faqat kvant mexanikasi yaratilgandan keyingina to'liq oydinlashdi. Atom va molekulalarda elektronlar yadro atrofida murakkab yo'llar bilan harakatlanadi. Vaqt o'tishi bilan o'rtacha qutbsiz molekulalarning dipol momentlari nolga teng bo'ladi. Ammo har daqiqada elektronlar qandaydir pozitsiyani egallaydi. Shuning uchun dipol momentining oniy qiymati (masalan, vodorod atomi uchun) noldan farq qiladi. Bir lahzali dipol qo'shni molekulalarni qutblantiradigan elektr maydonini hosil qiladi. Natijada, lahzali dipollarning o'zaro ta'siri paydo bo'ladi. Qutbsiz molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir energiyasi barcha mumkin bo'lgan lahzali dipollarning induksiya tufayli qo'shni molekulalarda induksiya qiladigan dipol momentlari bilan o'zaro ta'sirining o'rtacha natijasidir.

Ushbu turdagi molekulalararo o'zaro ta'sir dispersiv deb ataladi, chunki moddadagi yorug'likning tarqalishi molekulalarning ushbu o'zaro ta'sir bilan bir xil xususiyatlari bilan belgilanadi. Dispersiya kuchlari barcha atomlar va molekulalar o'rtasida ta'sir qiladi, chunki ularning paydo bo'lish mexanizmi molekulalarning (atomlarning) doimiy dipol momentlariga ega yoki yo'qligiga bog'liq emas. Odatda bu kuchlar orientatsion va induktiv kuchlardan kattaroqdir. Faqat katta dipol momentli molekulalar o'zaro ta'sirlashganda, masalan, suv molekulalari, F yoki > F disp (suv molekulalari uchun 3 marta). CO, HI, HBr va boshqalar kabi qutbli molekulalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, dispersiya kuchlari boshqalarga qaraganda o'nlab va yuzlab marta kattaroqdir.

Molekulyar o'zaro ta'sirning tabiati

Molekulalararo oʻzaro taʼsir tabiatan elektrdir va jozibador kuchlar (orientatsion, induktiv va dispersiv) va itaruvchi kuchlardan iborat.

Orientatsiya kuchlari

Belgilangan o'zaro pozitsiyadagi ikkita elektr dipollari ab va cd bir-birini o'ziga tortadi, chunki b va c nuqtalardagi zaryadlardan farqli o'laroq, a va c nuqtalardagi (shuningdek, b va d) zaryadlarga qaraganda kuchliroq o'zaro ta'sir qiladi.

Molekulalararo kuchlar bosim ortishi bilan ortadi va harorat oshishi bilan kamayadi.

Orientatsiya kuchlari qutbli molekulalar, ya'ni elektr dipol momentlari bo'lgan molekulalar o'rtasida harakat qiladi. Molekulalararo orientatsion o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi:

Bu erda p 1, p 2 - o'zaro ta'sir qiluvchi molekulalarning dipol momentlari.

Molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari.

Modda bo'lganda gazsimon holatda, keyin uni tashkil etuvchi zarralar - molekulalar yoki atomlar - tartibsiz harakat qiladi va shu bilan birga vaqtning asosiy qismi katta masofada (ularning zarralari bilan solishtirganda) bo'ladi. o'z o'lchamlari) bir-biridan masofalar. Natijada ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari ahamiyatsiz.

Moddaning ichida bo'lganda vaziyat boshqacha siqilgan holat- suyuq yoki qattiq holda. Bu erda materiya zarralari orasidagi masofalar kichik va ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari katta. Bu kuchlar suyuqlik yoki qattiq zarralarni bir-biriga yaqin tutadi. Shuning uchun, kondensatsiyalangan holatda bo'lgan moddalar, gazlardan farqli o'laroq, ma'lum bir haroratda doimiy hajmga ega.

Suyuq yoki qattiq jismning zarralarini bir-biriga yaqin tutadigan barcha kuchlar mavjud elektr tabiati. Ammo zarralar nima bo'lishiga qarab - ular metall yoki metall bo'lmagan elementning atomlari, ionlar yoki molekulalar bo'ladimi - bu kuchlar sezilarli darajada farq qiladi.

Atom tuzilishiga ega metall bo'lmaganlar

Agar modda atomlardan iborat bo'lsa, lekin metall bo'lmasa, unda uning atomlari odatda bir-biriga bog'langan kovalent bog'lanish.

Metalllar

Agar modda bo'lsa metall, keyin uning atomlarining ba'zi elektronlari barcha atomlar uchun umumiy bo'ladi. Bu elektronlar atomlar orasida erkin harakatlanib, ularni bir-biriga bog'laydi.

Ion tuzilishga ega moddalar

Agar modda bo'lsa ion tuzilishi, keyin uni hosil qiluvchi ionlar elektrostatik tortishish kuchlari bilan bir-biriga yaqin tutiladi.

Molekulyar tuzilishga ega bo'lgan moddalar

bilan moddalarda molekulyar tuzilish molekulalararo o'zaro ta'sir sodir bo'ladi.

Molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari, deb ham ataladi van der Vaals kuchlari tomonidan, kovalent kuchlardan kuchsizroq, lekin uzoq masofalarda paydo bo'ladi. Ular asoslanadi dipollarning elektrostatik o'zaro ta'siri, lekin ichida turli moddalar Dipollarning hosil bo'lish mexanizmi boshqacha.

1. Orientatsiyaning o‘zaro ta’siri.

Agar moddadan iborat bo'lsa qutbli molekulalar, Masalan, H 2 O, HCl, keyin kondensatsiyalangan holatda molekulalar o'zlariga ko'ra bir-biriga nisbatan yo'naltirilgan qarama-qarshi zaryadlangan uchlari, buning natijasida ularning o'zaro tortishishi kuzatiladi.

Ushbu turdagi molekulalararo o'zaro ta'sir deyiladi orientatsiya shovqini. Molekulalarning issiqlik harakati ularning o'zaro yo'nalishini oldini oladi, shuning uchun harorat oshishi bilan orientatsiya ta'siri zaiflashadi.

2. Induktiv o'zaro ta'sir.

dan tashkil topgan moddalarga nisbatan qutbsiz, lekin polarizatsiyaga qodir molekulalar, masalan, CO2, ko'rinishi qo'zg'atilgan yoki induktsiyalangan dipollar.

Ularning paydo bo'lishining sababi, odatda, har bir atom o'ziga yaqin elektr maydonini hosil qiladi, bu esa ta'sir qiladi polarizatsiya effekti qo'shni molekulaning eng yaqin atomiga. Molekula qutblangan va hosil bo'lgan induksiyalangan dipol o'z navbatida qo'shni molekulalarni qutblantiradi.

Natijada molekulalarning bir-biriga o'zaro tortilishi sodir bo'ladi. Ushbu induktiv o'zaro ta'sir qutbli molekulalarga ega bo'lgan moddalarda ham kuzatiladi, lekin u odatda orientatsiyaga qaraganda ancha zaifdir.

3. Dispersiyaning o'zaro ta'siri.

Dispersiya kuchlari(London kuchlari) - elektr neytral atomlar yoki molekulalarning oniy va induktsiyalangan (induktsiyalangan) dipollarining elektrostatik tortishish kuchlari.

Atom va molekulalarda elektronlar yadro atrofida murakkab yo'llar bilan harakatlanadi. IN vaqt bo'yicha o'rtacha qutbsiz molekulalarning dipol momentlari nolga teng bo'ladi. Ammo har daqiqada elektronlar ma'lum bir pozitsiyani egallaydi. Shunung uchun oniy qiymat dipol momenti (masalan, vodorod atomining momenti) noldan farq qiladi. Bir lahzali dipol qo'shni molekulalarni qutblantiradigan elektr maydonini hosil qiladi. Natijada oniy dipollarning o'zaro ta'siri sodir bo'ladi.

Dispersiya energiyasining klassik analogi yo'q va elektron zichligi kvant mexanik tebranishlari bilan aniqlanadi, deb ishoniladi.

Ko'rsatilganidek kvant mexanikasi, oniy dipollar qattiq va suyuqliklarda uchraydi kelishilgan holda, va qo'shni molekulalarning uchlari qarama-qarshi belgili elektr bilan zaryadlangan bo'lib chiqadi. ularning jozibadorligiga olib keladi.

Bu hodisa deyiladi dispersiya o'zaro ta'siri, kondensatsiyalangan holatda barcha moddalarda uchraydi. Xususan, u past haroratlarda asil gazlarning suyuq holatga o'tishiga olib keladi.

Molekulyar kuchlarning nisbati.

Ko'rib chiqilayotgan molekulalararo kuchlarning turlarining nisbiy kattaligi modda molekulalarining qutblanishi va qutblanishiga bog'liq.

Molekulalarning qutbliligi qanchalik katta bo'lsa, orientatsiya kuchlari shunchalik katta bo'ladi.

Atomlar qanchalik katta bo'lsa, atomlarning tashqi elektronlari qanchalik zaif bog'langan bo'lsa, elektron buluti shunchalik ko'p deformatsiyalanadi, dispersiya kuchlari qanchalik katta bo'lsa.

Shunday qilib, shunga o'xshash moddalar qatorida dispersiyaning o'zaro ta'siri atom o'lchamlari ortishi bilan ortadi, bu moddalarning o'lchamlarini tashkil qiladi.

Masalan:

• qachon HCl dispersiya kuchlari hisobga olinadi 81% Jami
  molekulalararo o'zaro ta'sir,
• Uchun HBr bu qiymat 95% ,
• Uchun Salom - 99,5% .



Induksion kuchlar deyarli har doim kichikdir.

Moddaning molekulalari o'rtasida bir vaqtning o'zida jozibali va itaruvchi kuchlar ta'sir qiladi. Bu kuchlar ko'p jihatdan molekulalar orasidagi masofaga bog'liq.

Tajribaga ko'ra va nazariy tadqiqotlar molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari teskari proportsionaldir n- molekulalar orasidagi masofa darajasi:

\(~F_r \sim \pm \frac(1)(r^n),\)

Qaerda tortishish kuchlari uchun n= 7, va itaruvchi kuchlar uchun n= 9 ÷ 15.

Ikki molekulaning o'zaro ta'sirini natijaning proyeksiyasining grafigi yordamida tasvirlash mumkin F r masofadan molekulalarni tortish va itarish kuchlari r ularning markazlari o'rtasida. Keling, o'qni yo'naltiramiz r molekuladan 1 , markazi koordinatalarning kelib chiqishiga to'g'ri keladi, undan uzoqroqqa r 1 molekula markaziga 2 (1-rasm, a).

Keyin molekulaning itarish kuchining proyeksiyasi 2 molekuladan 1 eksa boshiga r ijobiy bo'ladi. Molekulaning jozibador kuchining proyeksiyasi 2 molekulaga 1 salbiy bo'ladi.

Qaytaruvchi kuchlar (3-rasm, b) qisqa masofadagi tortishish kuchlaridan ancha katta ( r < r 0), lekin ortishi bilan tezroq kamayadi r. Jozibador kuchlar ham ortib borishi bilan tez kamayadi r, shuning uchun bir oz masofadan boshlab r m, molekulalarning o'zaro ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Eng uzoq masofa r m, qaysi molekulalar hali ham o'zaro ta'sir qiladi deb ataladi molekulyar ta'sir radiusi (r m~ 1,57 · 10 -9 m).

Da r = r 0 itaruvchi kuchlar kattaligi bo'yicha jozibador kuchlarga teng.

Masofa r 0 molekulalarning barqaror muvozanat nisbiy holatiga mos keladi.

Moddaning agregatsiyasining turli holatlarida uning molekulalari orasidagi masofa har xil bo'ladi. Demak, molekulalarning o'zaro kuch ta'siridagi farq va gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalar molekulalarining harakati tabiatidagi sezilarli farq.

IN gazlar molekulalar orasidagi masofalar molekulalarning o'lchamlaridan bir necha marta kattaroqdir. Natijada, gaz molekulalari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari kichik va molekulalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan ancha yuqori bo'ladi. Har bir molekula boshqa molekulalardan juda katta tezlikda (sekundiga yuzlab metr) erkin harakatlanadi, boshqa molekulalar bilan to'qnashganda yo'nalishi va tezligini o'zgartiradi. Erkin yo'l uzunligi λ gaz molekulalari gazning bosimi va haroratiga bog'liq. Oddiy sharoitlarda λ ~ 10 -7 m.

IN suyuqliklar molekulalar orasidagi masofa gazlarga qaraganda ancha kichikdir. Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari katta va molekulalar harakatining kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasiga mos keladi, buning natijasida suyuqlik molekulalari ma'lum bir muvozanat holati atrofida tebranadi, so'ngra keskin ravishda yangi muvozanat pozitsiyalariga o'tadi. juda qisqa vaqt oralig'idan keyin (10-8 s), bu suyuqlikning suyuqligiga olib keladi. Shunday qilib, suyuqlikda molekulalar asosan tebranish va translatsion harakatlarni amalga oshiradi. IN qattiq moddalar molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari shunchalik kattaki, molekulalar harakatining kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan ancha kichikdir. Molekulalar faqat ma'lum bir doimiy muvozanat holati - kristall panjaraning tugunlari atrofida kichik amplitudali tebranishlarni amalga oshiradilar.

Adabiyot

Aksenovich L.A. Fizika o'rta maktab: Nazariya. Vazifalar. Testlar: Darslik. umumiy ta'lim muassasalari uchun imtiyozlar. atrof-muhit, ta'lim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. .

Haqiqiy gazlar - xossalari molekulalarning o'zaro ta'siriga bog'liq bo'lgan gazlarni ko'rib chiqishda molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlarini hisobga olish kerak. Ular uzoqdan ko'rinadi< 10-9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются короткодействующими.

20-asrda atom tuzilishi va kvant mexanikasi haqidagi gʻoyalar rivojlanib borar ekan, moddaning molekulalari oʻrtasida bir vaqtda jozibador va itaruvchi kuchlar taʼsir qilishi aniqlandi. Shaklda. 88, a molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarining r masofasiga sifat jihatdan bog'liqligini ko'rsatadi, bu erda F0 va Fp mos ravishda itaruvchi va jozibador kuchlar, F esa ularning natijasidir. Qaytaruvchi kuchlar ijobiy, o'zaro tortishish kuchlari esa salbiy hisoblanadi.

r = r0 masofada hosil bo'lgan kuch F = 0 ga teng, ya'ni tortishish va itarilish kuchlari bir-birini muvozanatlashtiradi. Shunday qilib, r0 masofa molekulalar orasidagi issiqlik harakati bo'lmaganda bo'ladigan muvozanat masofasiga to'g'ri keladi. g da< г0 преобладают силы отталкивания (F >0), r > r0 uchun jozibador kuch (F< 0). На расстояниях г >10-9 m molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari amalda yo'q (F = 0).

Molekulalar orasidagi masofani dr ga oshirish bilan F kuchning elementar ishi A molekulalarning o'zaro potentsial energiyasining kamayishi hisobiga amalga oshiriladi, ya'ni.

Molekulalarning o'zaro ta'sir qilish potentsial energiyasining ular orasidagi masofaga sifat jihatdan bog'liqligini tahlil qilishdan (88-rasm, b) shundan kelib chiqadiki, agar molekulalar bir-biridan molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari ta'sir qilmaydigan masofada joylashgan bo'lsa ( r  ), keyin P = 0. Molekulalar asta-sekin bir-biriga yaqinlashganda, ular orasida jozibador kuchlar paydo bo'ladi (F)< 0), которые совершают положительную работу (A = Fdr >0). Keyin (60.1) ga ko'ra, potentsial o'zaro ta'sir energiyasi kamayadi, r = r0 da minimal darajaga etadi. g da< г0 с уменьшением г силы отталкивания (F >0) keskin ortadi va ularga qarshi bajarilgan ish manfiy (A = Fdr< 0). Потенциальная энергия начинает тоже резко возрастать и становится положительной. Из данной потенциальной кривой следует, что система из двух взаимодействующих молекул в состоянии устойчивого равновесия (г = г0) обладает минимальной потенциальной энергией.

2. Haqiqiy gazning Van der Vaals tenglamasi

Molekulalarning ichki hajmi va molekulalararo oʻzaro taʼsir kuchlarini hisobga olib, golland fizigi I.van der Vaals (1837-1923) haqiqiy gazning holat tenglamasini tuzdi. Van der Waals hisob-kitoblariga ko'ra, ichki bosim molar hajmning kvadratiga teskari proportsionaldir, ya'ni.

bu yerda a - molekulalararo tortishish kuchlarini tavsiflovchi van-der-Vaals doimiysi, Vm - molyar hajm.

Ushbu tuzatishlarni kiritish orqali biz bir mol gaz uchun Van der Vaals tenglamasini olamiz (haqiqiy gazlar holati tenglamasi):

Ixtiyoriy miqdorda v gaz (v = m/M) uchun V = vVm ekanligini hisobga olsak, Van der Vaals tenglamasi shaklni oladi.

bu yerda a va b tuzatishlar har bir gaz uchun oʻzgarmas miqdorlar boʻlib, tajriba yoʻli bilan aniqlanadi (van der Vaals tenglamalari tajribadan maʼlum boʻlgan ikkita gaz holati uchun yoziladi va a va b uchun yechiladi).

Van der Vaals tenglamasini olishda bir qator soddalashtirishlar amalga oshirildi, shuning uchun u ham juda taxminiydir, garchi u ideal gazning holat tenglamasidan ko'ra tajribaga yaxshiroq (ayniqsa, ozgina siqilgan gazlar uchun) mos keladi.

3.Gaz holatidan suyuq va qattiq holatga o'tish

Kondensatsiya - bu suvning gazsimon holatdan suyuq holatga o'tishi. Atmosferada kondensatsiya sodir bo'lganda, diametri bir necha mikrometrga teng bo'lgan mayda tomchilar hosil bo'ladi. Kattaroq tomchilar kichikroq tomchilarning birlashishi yoki muz kristallarining erishi natijasida hosil bo'ladi.

Kondensatsiya havo to'yinganlik darajasiga yetganda boshlanadi, bu ko'pincha haroratning pasayishi bilan atmosferada sodir bo'ladi. Harorat shudring nuqtasiga tushganda, suv bug'lari to'yinganlik holatiga etadi. Haroratning yanada pasayishi bilan to'yinganlik uchun zarur bo'lgan ortiqcha suv bug'lari suyuq holatga aylanadi.

Havoning sovishi ko'pincha issiqlikni atrofdagi havoga o'tkazmasdan kengayishi tufayli adiabatik tarzda sodir bo'ladi. Bu kengayish birinchi navbatda havo ko'tarilganda sodir bo'ladi.

Ma'lumki, havo to'yinmagan bo'lsa-da, u har 100 m ko'tarilishda adiabatik tarzda 1C ga soviydi. Ko'k rangda, to'yinganlikdan unchalik uzoq bo'lmagan havo uchun, unda kondensatsiya boshlanishi uchun bir necha yuz metrga, o'ta og'ir holatlarda esa bir yoki ikki ming metrga ko'tarilish kifoya.

Tuman paydo bo'lganda, havo sovishining asosiy sababi endi adiabatik ko'tarilish emas, balki havodan issiqlik uzatishdir. yer yuzasi.

Atmosfera sharoitida nafaqat kondensatsiya, balki sublimatsiya - kristallarning hosil bo'lishi, suv bug'ining qattiq holatga o'tishi ham sodir bo'ladi. Bu jarayon juda past haroratlarda sodir bo'ladi - -40 ° C dan past. Bulutlardan tushgan qattiq yog'ingarchilik odatda aniq kristall tuzilishga ega; Har bir inson qor parchalarining murakkab shakllarini biladi - ko'p novdalari bo'lgan olti burchakli yulduzlar. Ko'proq bulutlar va yog'ingarchiliklarda uchraydi oddiy shakllar kristallar, shuningdek muzlatilgan tomchilar. Kristallar er yuzasida noldan past haroratlarda ham paydo bo'ladi (ayoz, sovuq va boshqalar).

« Fizika - 10-sinf"

Moddaning barcha agregat holatidagi xossalarini moddaning tuzilishi, zarrachalarining harakati va oʻzaro taʼsiri bilan tushuntirish mumkinmi?

Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari.

Molekulalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Ushbu o'zaro ta'sirsiz qattiq va suyuqliklar bo'lmaydi.

Atomlar yoki molekulalar o'rtasida muhim o'zaro ta'sir kuchlari mavjudligini isbotlash qiyin emas. Qalin tayoqni sindirishga harakat qiling! Ammo u molekulalardan iborat. Lekin yolg'iz tortishish kuchi atomlar va molekulalarning barqaror shakllanishini ta'minlay olmaydi. Molekulalar orasidagi juda kichik masofalarda ular majburiy ravishda harakat qilishadi itaruvchi kuchlar. Buning yordamida molekulalar bir-biriga kirmaydi va materiya bo'laklari hech qachon bitta molekula o'lchami bo'yicha o'lchamlarga siqilmaydi.

Molekula alohida zaryadlangan zarralar: elektronlar va atom yadrolaridan tashkil topgan murakkab tizimdir.

Umuman olganda, molekulalar elektr jihatdan neytraldir, ammo ular orasida qisqa masofalarda sezilarli kuchlar ta'sir qiladi. elektr kuchlari: qo'shni molekulalarning elektronlari va atom yadrolari o'rtasida o'zaro ta'sir sodir bo'ladi.

Agar molekulalar ularning o'lchamlaridan bir necha baravar katta masofada joylashgan bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir kuchlari amalda ta'sir qilmaydi.

2-3 molekulyar diametrdan oshiq masofalarda jozibali kuchlar ta'sir qiladi. Molekulalar orasidagi masofa qisqargan sari, birinchi navbatda ularning o'zaro tortishish kuchi ortadi, lekin ayni paytda itaruvchi kuch ham ortadi. Muayyan masofada r 0 tortishish kuchiga aylanadi teng kuch itarish. Bu masofa molekulaning diametriga teng deb hisoblanadi.

Masofa qisqargan sari atomlarning elektron qobiqlari bir-birining ustiga chiqa boshlaydi va itarish kuchi tezda ortadi. 8.5-rasmda molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi (8.5-rasm, a) va tortishish (1) va itarilish (2) kuchlarining (8.5-rasm, b) molekulalar orasidagi masofa bo'yicha grafiklari ko'rsatilgan. r = r 0 da potentsial energiya minimal, jozibador kuch itaruvchi kuchga teng. Qachon r > r 0 tortishish kuchi ko'proq kuch itarish; da r< r 0 сила притяжения меньше силы отталкивания.

Molekulyar kinetik nazariya moddaning nima uchun gazsimon, suyuq va qattiq holatda bo'lishi mumkinligini tushunishga imkon beradi.

Demak, molekulalar o'rtasida jozibador kuchlar harakat qiladi va ular issiqlik harakatida ishtirok etadilar. Moddaning agregatsiya holati molekulalarning ushbu ikki xususiyatidan qaysi biri asosiy ekanligi bilan belgilanadi.

Gazlar.

Gazlarda atomlar yoki molekulalar orasidagi masofa o'rtacha ko'p marta bo'ladi ko'proq o'lchamlar molekulalarning o'zlari. Masalan, qachon atmosfera bosimi Idishning hajmi undagi molekulalarning hajmidan o'n minglab marta katta.

Gazlar oson siqiladi va molekulalar orasidagi o'rtacha masofa kamayadi, lekin molekula shakli o'zgarmaydi.

Gazlar cheksiz ravishda kengayishi mumkin. Ular na shaklni, na hajmni saqlamaydilar. Idish devorlariga molekulalarning ko'p sonli ta'siri gaz bosimini hosil qiladi.

Gaz molekulalari kosmosda juda katta tezlikda - sekundiga yuzlab metrlar bilan harakatlanadi. Ular to'qnashganda, ular bilyard to'plari kabi turli yo'nalishlarda bir-birlaridan sakrab tushadilar. Gaz molekulalarining zaif jozibali kuchlari ularni bir-biriga yaqin tuta olmaydi.

Gazlarda molekulalarning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining o'rtacha potentsial energiyasidan kattaroqdir, shuning uchun biz ko'pincha molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasini e'tiborsiz qoldirishimiz mumkin.

Suyuqliklar.

Suyuqlik molekulalari bir-biriga deyarli yaqin joylashgan, shuning uchun suyuqlik molekulasi gaz molekulasiga qaraganda boshqacha harakat qiladi.

Suyuqliklarda shunday deb ataladigan narsa bor yaqin tartib, ya'ni molekulalarning tartibli joylashuvi bir necha molekulyar diametrga teng masofada saqlanadi.

Molekula o'zining muvozanat holati atrofida tebranadi, qo'shni molekulalar bilan to'qnashadi. Faqat vaqti-vaqti bilan u yana bir "sakrash" qiladi, yangi muvozanat holatida tugaydi.

Muvozanat holatida itaruvchi kuch jozibador kuchga teng, ya'ni molekulaning umumiy o'zaro ta'sir kuchi nolga teng.

Birinchi marta sovet fizigi Ya.Frenkel tomonidan asos solingan suyuqliklardagi molekulyar harakatning tabiati suyuqliklarning asosiy xususiyatlarini tushunishga imkon beradi. Olimning obrazli ifodasida: “...suyuqlik molekulalari ko‘chmanchi turmush tarzini olib boradi...” Ayni paytda, oʻtroq hayot suv molekulalari, ya'ni uning ma'lum bir muvozanat pozitsiyasi atrofida tebranish vaqti. xona harorati, o'rtacha 10 -11 s ga teng. Bir tebranish vaqti ancha kam (10 -12 - 10 -13 s). Haroratning oshishi bilan molekulalarning yashash vaqti kamayadi.

Suyuqlik molekulalari bir-birining yonida joylashgan. Hajmi kamayishi bilan itaruvchi kuchlar juda katta bo'ladi. Bu tushuntiradi suyuqliklarning past siqilishi.

Suyuqliklar: 1) past siqilish;
2) suyuqlik, ya'ni ular o'z shakllarini saqlamaydilar.

Suyuqliklarning suyuqligini quyidagicha tushuntirish mumkin. Tashqi kuch sekundiga molekulyar sakrashlar sonini sezilarli darajada o'zgartirmaydi. Ammo molekulalarning bir turg'un holatdan ikkinchisiga sakrashi asosan tashqi kuch ta'siri yo'nalishida sodir bo'ladi. Shuning uchun suyuqlik oqadi va idish shaklini oladi.

Suyuqliklarda molekulalarning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining o'rtacha potentsial energiyasi bilan taqqoslanadi. Sirt tarangligining mavjudligi suyuqlik molekulalari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarining muhimligini va ularni e'tiborsiz qoldirib bo'lmasligini isbotlaydi.

Qattiq moddalar.

Qattiq jismlarning atomlari yoki molekulalari suyuqliklarning atomlari va molekulalaridan farqli o'laroq, ma'lum muvozanat pozitsiyalari atrofida tebranadi. Shu sababdan Qattiq moddalar nafaqat hajmni, balki shaklini ham saqlaydi.

Qattiq jismlarda molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning o'rtacha potentsial energiyasi ularning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasidan ancha katta.

Agar siz qattiq jismning atomlari yoki ionlarining muvozanat pozitsiyalarining markazlarini bog'lasangiz, siz muntazam fazoviy panjara olasiz. kristalli.

8.6 va 8.7-rasmlarda ko'rsatilgan kristall panjaralar osh tuzi va olmos. Kristallardagi atomlarning joylashishidagi ichki tartib muntazam tashqi geometrik shakllarga olib keladi.