Природа міжмолекулярної взаємодії

Розглянемо, чому між молекулами і атомами діють сили тяжіння і відштовхування, т. є. сили міжмолекулярної взаємодії.

Як відомо, атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів. У звичайному стані атом електрично нейтральний. Ядра і електрони сусідніх атомів взаємодіють між собою. При цьому електрони одного з атомів будуть притягувати ядра іншого, а електрони цих атомів, так само як і їх ядра, будуть відштовхуватися один від одного. Таким чином, міжмолекулярної взаємодії має електромагнітну природу і проявляється в тяжінні і відштовхуванні.

Розглянемо характер взаємодії двох атомів. На відстані, більшій трьох діаметрів атома, сила взаємодії між ними практично дорівнює нулю (рис. 67, а). На відстані близько двох-трьох діаметрів атома, помітна лише сила тяжіння, сила відштовхування практично дорівнює нулю. Це пов’язано з тим, що в атомі може відбутися переорієнтація зарядів під дією поля іншого атома. Атом створює навколо себе електричне поле, яке діє на заряди іншого атома і викликає їх перерозподіл. Оскільки різнойменні заряди розташуються ближче один до одного, то сила тяжіння на відстанях, рівних 2-3 діаметрам атома, буде значно перевершувати силу відштовхування (рис. 67, б).

При подальшому зближенні атомів почне зростати як сила тяжіння, так і сила відштовхування. При цьому сила відштовхування буде зростати швидше, ніж сила притягання, і на деякій відстані г0 сила тяжіння стане рівній силі відштовхування. Це відбувається на відстані, приблизно рівному сумі радіусів атомів (рис. 67, в). При подальшому зменшенні відстані між атомами сила відштовхування переважатиме над силою тяжіння (рис. 67, г). У цьому випадку визначальну роль відіграє відштовхування електронних оболонок і ядер атомів.

На малюнку 68 наведено графіки залежності сил відштовхування For і тяжіння F у а також рівнодіючої сили міжмолекулярної взаємодії Fr від відстані г між центрами атомів. Прийнято вважати сили відштовхування позитивними, а сили тяжіння – негативними. По графіку видно, що при г – »оо сила взаємодії прагне до нуля (F -» 0). При г> г0 рівнодіючої силою є сила тяжіння, причому спочатку її модуль зростає, а потім зменшується. На відстані г = г0 рівнодіюча сила дорівнює нулю. При г <г0 рівнодіючої стає сила відштовхування, модуль її при зменшенні відстані зростає.

Таким чином, взаємодія між атомами носить наступний характер.

1. Починає помітно проявлятися на відстанях порядку 2-3 діаметрів атомів.

2. Одночасно діють і сили тяжіння, і сили відштовхування.

3. Існує деяку відстань г0, приблизно рівне сумі радіусів атомів, на якому сили тяжіння рівні силам відштовхування.

4. На відстанях г> г0 сили тяжіння більше сил відштовхування, тому рівнодіючої сил міжмолекулярної взаємодії є сила тяжіння, а на відстанях г <г0 рівнодіючої є сила відштовхування.

Посилання на основну публікацію