nekrasovI (1114433), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Для получения ориентировочных н приближенных результатов такой метод во многих случаяэ вполне применим. Однако переоценка его точности, универсальности н надежности легко может привести к неверным выводам. 5 7. Межмолекулярные силы. Как н всюду в природе, между молекуламн действуют силы тяготения, прямо пропорциональные пронзведенню м а с с взаимодействующих тел н обратно пропорциональные квадрату расстояния между нх центрами (закон всемнрного тяготения).
Однако нз-за ничтожности масс отдельных молекул силы этн настолько малы, что практически нмн можно пренебречь. Между тем уже нз налнчня твердого н жидкого агрегатных состояний веществ вытекает, что взаимное притяжение молекул несомненно существует. Выяснение природы межмолекулярных снл стало возможным лишь на основе учения о внутреннем строении вещества. Оказалось, что онн являются силами электр н ч еского происхождения, притом способными проявляться в различных формах, Простейшую нз этих форм определяет основной закон электросгатики (Кулон, 1?85 г.): с н л а взаимодействия двух электрически заряженных частнц прямо пропорциональна произведению нх зарядов н обратно пропорциональна квадрату расстояння между нх центрами.' Этн кулоновские силы играют основную роль прн взаимодействии между н о н а м н.
Очевидно, однако, что онн не могут действовать между лишенными избыточных электрических зарядов н е й т р а л ь н ы м н м олекулам н. Для понимания сущности взаимодействия последних друг с другом необходимо предварительно выяснить вопрос об отношении молекул к внешнему электрическому полю. Рассмотрим сначала наиболее простой случай н е и о л я р н о й молекулы (А, рнс. 1П-47). Если она прн своем беспорядочном движении достаточно приблизится к источнику электрического поля, то последнее начнет заметно действовать на входящне в состав молекулы атомные Ш.
Основные лредставленая о внутреннем строении вещества ядра и электроны; все одноименно с источником поля заряженные частицы будут им отталкиваться, все противоположно заряженные— притягиваться. В результате электрические центры тяжести положительных н отрицательных зарядов окажутся смещенными друг относи- тельно друг и в молекуле возникнет диполь (Б, ) л рис. 1П-47). Его наличие обусловит дальнейшее притяжение молекул к источнику поля, причем диполь еще увеличится (В, рис. П1-47). ~+в Возникновение днполя в неполярной молекуле связано с ее деформацией, т. е.
отклонением от нормальной внутренней структуры, являющейся при отсутствии внешних воздействий наиболее устойчивой. Поэтому вызванный действием внешнего эленПос)иуи- трнческого поля (и н д у ц и р о в а н н ы й) диполь сохраняется лишь до тех пор, пока действует поле. Величина такого индуцированного диполя будет тем больше, чем сильнее поле и чем легче деформируется молекула, т. е. чем значительнее ее деформ и р у ем ость. Последняя тем больше, чем легче может происходить смещение друг относительно друга образующих молекулу атомных ядер и электронов. Так как наиболее слабо связаны с атомными ядрами с а м ы е в н е ш н и е электроны, именно их смещение под действием внешнего поля и играет главную роль при деформации.я з В случае п о л я р н ы х молекул, обладающих п о с т о я н н ы и диполем, воздействие электрического поля проявляется несколько иначе, чем в случае неполярных.
Беспорядочно расположенные в его отсутствие (А, рис. П1-48) полярные молекулы под действием поля поворачиваются к нему противоположно заря- Д женными концами своих диполей, т. е. определенным ~/ ~'.3 л образом ориентируются по отношению к полю (Б, рис. П1-48). Одновременно имеет место ббльшая С'.~~ ~ / или меньшая деформация молекул, вследствие чего диполи их увеличиваются. Таким образом, поляриза- ция полярной молекулы, т. е. общий результат воздействия на нее электрического поля, складывается нз двух эффектов — о р и е н т а ц и и молекулы и ее д еформации: поляризация = ориентация + деформация Рис.
П1-48. Поляризация иоляриых При прочих равных условиях ориентация молеку- молекул лы осуществляется тем легче, чем значительнее ее диполь. Поэтому сравнительно слабыми электрическими полями молекулы будут ориентироваться и притягиваться к источнику поля тем лучше, чем оии более полярны. По мере увеличения силы поля все возрастающее значение начинает приобретать деформируемость молекулы. Возникающий при деформации индуцированный диполь, складываясь с постоянным, может создать столь значительный р ез ул ьт и р ующий диполь, что менее полярная первоначально, но легче деформируемая молекула станет в результате более полярной и будет притянута сильнее. При достаточно сильных полях и легкой деформируемости то же самое может произойти и с неполярными молекулами, поляризация которых сводится только к деформации.
'-в На основе рассмотренного выше можно теперь перейти к вопросу о ыежмолекулярном взаимодействии, Пусть имеются две достаточно В 7. Меясмолеку,»нные силы близко расположенные друг к другу поля р н ы е молекулы. Так как одноименно заряженные конць» (полюса) нх диполей взаимно отталкиваются, а разноименно заряженные притягиваются, обе молекулы стремятся ориентироваться таким образом, чтобы по соседству оказывались именяо р а з н о и м е н н ы е полюса.
Прн подобном их расположении (А, рис. И1-49) взаимное притяжение разноименных полюсов лишь частично компенсируется л(- +.) (- +) взаимным отталкиванием находящихся дальше ру ру ы .ар-у * . у ь-,° +х:- з°о молекулами действуют силы притяжения, обусловленные взаимодействисл» нх п о с т о я н н ы х В + + диполей и носящие название ориентационных сил. Благодаря налнчшо последних обе молекулы Рн' 1!1 4й сближаются (Б, рнс. 111-49) и более или менее прочно стягиваются друг с другом. Одновременно происходит некоторая деформация каждой нз них под действием ближе расположенного полюса соседней молекулы. Возникающие в результате этой деформации и и д у ц и р о в а н н ы е днполн взаимодействуют друг с другом анатогнчно постоянным, что создает т.
н. цндукц»еонные силы, такм»е проявляющиеся во взаимном притяжении молекул. Наложение этих сил на ориентационные связано с увеличением длин днполей (В, рнс. Н1-49) и ведет к "с=рэС Э усилению межмолекулярного взаимодействия. Случай взаимодействия полярной и не поля рной молекул (А, рис. 1!1-50) отличается от рас+ -+ смотренного выше только тем, что первоначально а неполярной молекуле возникает индуцированный взаимодействия по- диполь (Б, рис. 111-50), который затем и взаимодярной и ненодярной действует с диполем полярной молекулы.
Напромодекуд. тив, случай взаимодействия двух неполя рных молекул требует уже принципиально иной трактовки. Действительно, прн отсутствии постоянных диполей в обеих молекулах между ними, казалось бы, не должно возникать никаких сил взаимного притяжения. Однако известно, что, например, инертные газы прн достаточном понижении темперагуры переходят в жидкое и затем твердое состояние.
Отсюда следует, что между их неполярными одноатомными молекулами все же действуют какие-то силы стяжения. СО + Возникновение этих дислерсионных сил тесно связано с непрерыв- Я) ным движением, в котором находят- В Г ся составные части молекул — атомные ядра и электроны. Некоторое модельное представление о них СО можно получить на основе рис. 111-51. Нредставиэ» себе два близко расположенных друг к другу атома инертного газа (А, рнс. !1!-5!). Ьлагодаря непрерывному вращению электронов и колебательному движению ядер в каждом из этих атомов всегда может иметь место в р е и е н н о е смещение некоторых электронных орбит относительно ядра и обусловленное этим в р е м е и н ос возникновение днполя.
Но каждый нз таких диполей неизбежно будет влиять своими зарядами на ориентацию подобного же временного днполя, возникающего в соседнем атоме, притом влиять вполне Рис. 111-о», Схема модель»»ой» трактовки дисперсионного взаимодействия. 104 Ш. Огнаеныг предгтаеления о внутреннем строении вещества определенно: в смысле предпочтительного соседства р а з н о и м е н н ы х полюсов (Б, рис. 1П-51), а не одноименных (В, рис. П1-51). Хотя возникающие подобным образом диполи могут существовать лишь ничтожно малое время, однако известная с огл а сова ни ость ор пента ц и и будет сохраняться н прн каждом следующем их появлении (Г, рнс. П1-51).
Соседство разноименных полюсов возобновляется практически непрерывно. Этим н обусловлены те постоянно действующие между частицами силы притяжения, которые носят название дисперсионных сил. Все рассмотренные выше виды взаимодействия молекул могут быть объединены под названием межмолекулярных сил (илн «сил Ван-дер- Ваальса» е). Относительное значение каждого ь ~ Салгг вида для того или иного случая зависит в ось'вмгэтлтэнаа ионном от двух свойств взаимодействующих ъ молекул — их полярности и деформируемости. .1 Чем выше полярность, тем значительнее роль ориентационных сил, чем больше деформируемость,' тем значительнее роль сил дисперсионных. Индукционные силы зависят от обоих факторов, но сами играют лишь второчч 1 г рига ге степенную роль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
