И.Г. Каплан - Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий (1124214), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Развитие тоорми, с одной стороны, обязано общому развитию методов расчота электронных оболочек молекул в связи с использованием быстродействующих ВВМ и пркмепевив> более топких и изощренных математических мотодов, с другой сторош1, появлонию более совершенных экспериментальных методик, позволяющих проверить предсказания тоорин.
Прежде чем переходить к описанию современных представлений о природе межмолекулярпых сил, поучительно проследить эволюцию этих представлений. Познание законов межмолекулярного взаимодействия, как и всякое познание, пе было поступательным процессом, на этом пути было много ошибок и заблуждений. ') В моследпва годы в этом иааразаоммл памотллсм аужэстзопмыа мрогр есс, см. 1 3 гл.
Ч. 12 вввдкнни й 2. Краткий исторический очерк эволюции представлений о межмолекулярных силах развитие представлений о природе межмолекуляргп«х сил пе разрывно связано с развитием учения об атоме. Представления об атомистическом строении материи возникли еще у древних философов. Согласно Демокриту (У в. до я. э.) и его полулегепдарпому соратнику Левкиппу, все тела состоят из мельчайших неделимых частиц (атомов), разделенных пустотой. Наличие пустоты является условием существования дви»кения.
Признаком всякого теса является непроницаемость. В отсутствие пустоты тела, сталкиваяс»о мешали бы друг другу и движение не могло бы иметь место. Тела отличаются друг от друга формой атомов, порядком распело>кения и их взаимным поворотом. Введение атомов потребовало обсуждения вопроса, каким образом атомы свнзываются в различные тела. Поскольку взаимодействие рассматривалось происходящим лишь при непосредственном контакте, вопрос этот решался па уровне простейших механических моделей: кргочков, зазубрин и других приспособлоний. В поэме «О природе вещей» Лукреций Кар, излагая учоние последователя Демокрита Эпикура (1У в.
до и. э.), пишет (1): Что, наконец, представляется нам затверделым и плотным, То состоять из начал крзочкоаатых должно носомпепно, Сцепленных монаду собой наподобие каток сплетенных... В этом разряде лещей, занимая в нем псрзое места, Буду~ алмазы стоять, что ударов совсем нс боится... Вещи другие, тела у которых текучи и жидки, Будут скорей состоять нз гладких и круглых частнчек... В средние века проблема атомного строепия вещества не прнв лекала внимания ученых. Лишь с середины Хг"П в. воэронсдается интерес к учению древних атомистов.
Происходит это очень постепепно. Так, Галилей, плодотворно работавший в области дипамннн цзин«ения тел, становился совершенно абстрактен при обсуждении их строения. Составлягощие вещество частички он сводил к математическим точкам, разделенным пустотой. А прочность тела обьяспял «отвращением к пустоте», т. е. сопротивлением маленьких пустот попыткам их увеличения. Огромпое влияние на развитие представлений о впутреппем строении вещества оказали идеи Декарта, излоясенные в его трактате «О свете», законченном в 1633 г., но изданном после его смерти в 1664 — 1667 гг. У Декарта материя эквивалентна ее протяженности, а протяжение не может существовать без материи (чем не соврш«енные представления о пространстве и материи!): «Мэ.
лейшаячпротяясенная частица, способная1существовать"'на~~свете, все же может быть разделена, ибо такова она по своей прйроде». Таким образом, в противоположность древншн атомистам Декарт З 2, эВОлюция Вэглядов нА ь«ен«молккулягные силы 1З считает, что материя потенциально делима до бескопечпости. Эту же мысль развивал Лейбниц: «Нет последнего мельчайшего тела... частичка' материи, как бы мала она ни была, есть целый мир, полный бесконечного множества творений, еще более мелких» т). Материя, по Декарту, состоит из частиц, отличающихся формой и размерами и в свою очередь тоя<е дробимых. Твердые тела Декарт представляет состоящими из неподвижпых, плотно соприкасающихся друг с другом частиц, жидкости — из частиц, двюкущихся по отношению друг к другу. Все движения сводятся исключительно к механическим перемещениям.
У Декарта отсутствуют какие-либо «скрытые» силы взаимодействия. Принципиальное отличие атомистических представлений Ньютона от представлений его предшественников состоит в том, что оп пе ограничился механическими взаимодействиями. «'-Хасти всех однородных твердых тел,— пишет Ншотон !2),— вполне прикасающихся друг к другу, сцепляются очень сильно вместе. Для объяснения этого некоторые изобрели атомы с крючками...
Другно говорят нам, что частицы связапы согласованпымн движениями... Я бы скорее заключил из сцепления частиц, что они притягивают одна другую некоторой силой, которая очень велика при непосредственном соприкосновении...» Далее Ньютон обсуждает возмоясиость притяжения с помощью сил тяготения, магнетизма и электричества, а также допускает, что «могут существовать и другие притяжения, простиршощиеся на столь малые расстояния, которые до сих пор ускользают от наблюдения». Однако в работах Ньютона, так же как к в работах его предшественников, конкретного вида зависимости сил от расстояния пе задавалось.
Впервыо закон взаимодействия мек«ду частицами вещества вводится в работах хорватского ученого Р. Бошковича (1711 — 1787). Бго капитальный труд так и называется: «Теория естествознания, сведенная к одному-единственному закону сил, существующих в природе» 13). Согласно Бошковичу, все тела состоят из точечных материальных частиц.
Менарду любой парой точечных частиц действует осциллирующая сила, неограниченно возрастающая прн сблиясепии частиц и переходящая в силу притяже- т) .Напампвм, как выразкл ету же мысль В. Брюсов уже в начале вашего века: Быть может, зтк злектрокы— Миры, где йять материков, Искусства, злак»я, войны, троны И память сорока веков! Еще, быть может, как<дый атом— Вселепкал, где сто плакет; Там вой, что здесь, н объеме ел<атем, Но также то, чего здесь кет, Введиние ния Ньютона ( 1(Л') на больших расстояниях (рис.
В.1). К своему закону Бошкович пришел, по его словам, размышляя пад механизмом удара. Рассматривая падение шара на панлонпую плоскость, Бошкович указывает, что сила тяжести шара будет все более приближать шар к плоскости. Но с умекьшепием расстояния между шаром и плоскостью возникнет сила отталкивания, перпендикулярная плоскости, Сложение ее с силой тяжести шара образует равнодействующую, параллельяузо плоскости. Наличке сил отталкивания и притяжения и их чередование Бошкович считал необходимым для объяснения способпостп газов к расширению, адсорбции п сцеплению, а ташые для обтясяепвя деформации пластичных тел. Закон взаимодействия Бошковича явился первым модельным потенциалом, привлеченным к объяснен|по физических свойств.
Примерно в это же время французский фвзпк Клеро (1743) ,з привлекает представление о силах, действующих между молекулами, для объяснения подьема жидкостна напилляре. ИсРнс. В.1. универсальный 1ютенш|ал ~~едования Клеро в атой облаВошвовнча. сти были впоследствии продол- жены Лапласом (1805) и Гауссом (1830). Межмолекулярпый потенциал У (Л) использовался в этих работах в самом общем функциональном виде.
Гаусс показал, что для конечности появляющихся интегралов потенциал должен иметь асимптотический вид 1/Л" при Л вЂ” > оо, причем значение показателя степени н дол1кпо быть пе пиже шести. Гауссу также принадлежит разработка метода суммирования парных потенциалов. В серии своих классических работ по кинетической теории газов Максвелл (1868) принял аналитическую форму потенциала взаимодействия, отвечающую отталкиванию, а именпо; У (Л) .= = А/Л'. Он получил выражения для коэффициентов диффузии, теплоемкости и вязкости. В отношении вязкости в то время было известно, что опа не зависит от плотности газа и пропорциональна абсолютной температуре.
Первое свойство монгет быть получено при любом и, ранее оно было выведено, исходя из представления о молекулах как жестких сферах, не взаимодействующих друг с другом. Из второго свойства Максвелл сделал заключение, что п = 4.
При этом Максвелл считал, что зависимость А/Л' справедлива и на очень малых расстояниях. Мы теперь знаем, что отталкнвательная часть потенциала пе описывается зависимостью А/Л". Как отмечают Маргенау и Каст нер [4), Максвелл впал здесь в логическую ошибку: из того, что не- э 3. эволзоция взглядов НА мнл~молинулягнив силы я которая предпосылка приводит к правилышму результату, сдолан вывод, что предпосылка верна, без проверки, к каким следствиям приводят другие предпосылки. В данном случао пропорциональность вязкости температуре может быть получена из боскопечпого количества различных потенциалов К (Л).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
