Сили взаємодії між молекулами

Характерний вид структури, який має дана речовина, визначається силами взаємодії між його молекулами. Сили взаємодії між молекулами мають електромагнітну природу, хоча в цілому молекули електрично нейтральні. Але заряди в атомах і молекулах можуть бути розташовані не цілком симетрично, а як би розсунуті один щодо одного, утворюючи подобу електричного диполя. А якщо такої асиметрії немає, то вона може з’явитися в результаті взаємодії молекул. Кількісно оцінити сили взаємодії між молекулами вельми важко, оскільки кожна молекула містить не по одній, а побагато заряджених частинок. Ясно тільки, що між молекулами можуть діяти як сили тяжіння, так і сили відштовхування. Сили тяжіння у фізиці домовилися вважати негативними, сили відштовхування – позитивними.
Як показують теорія і досвід, і сили тяжіння, і сили відштовхування дуже сильно залежать від відстані між центрами взаємодіючих молекул. Наближено можна вважати, що як ті, так і інші обернено пропорційні деякій мірі відстані між молекулами.

Різниця між силами тяжіння і відштовхування, крім знака, полягає у значенні показника ступеня при r. Для сил тяжіння m = 7, для сил відштовхування m приймає значення від 9 до 15. З наведених значень m випливає, що сили відштовхування змінюються з відстанню значно швидше, тому вони можуть виявлятися тільки при безпосередньому зближенні молекул. Якісна залежність сил тяжіння, сил відштовхування і результуючої сили взаємодії між молекулами в залежності від відстані між ними наведена на рис. 6.1а.
Як видно з рис. 6.1а, при деякому значенні сила тяжіння дорівнює силі відштовхування і результуюча сила, що діє між молекулами, дорівнює нулю. Отже, потенційна енергія взаємодії молекул при значенні повинна мати мінімальне значення. В цілому залежність потенційної енергії взаємодії молекул від відстані між ними представлена ​​на ріс.6.1б і має вигляд характерною потенційної ями, глибина якої визначається величиною. Величина поряд з кінетичної енергією хаотичного теплового руху, яка пропорційна абсолютній температурі системи, визначає агрегатний стан речовини.
При невисоких температурах, коли виконується умова Umin >> kT, (глибока потенційна яма) речовина перебуває у твердому агрегатному стані. Якщо ж потенційна енергія взаємодії молекул невелика (неглибока потенційна яма), а система знаходиться при досить високій температурі і характеризується велику кінетичну енергію теплового руху, так що виконується умова Umin << kT, речовина знаходиться в газоподібному стані. У проміжному випадку, коли Umin порядку kT, речовина перебуває в рідкому конденсованому стані.
Сучасна наука має набагато менше виразне уявлення про будову рідини, ніж про будову газів і кристалічних тіл, що пояснюється великою складністю явищ, що характеризують рідину. По суті справи, повна і строга теорія рідкого стану ще не створена. Складність вирішення цього завдання багато в чому визначається особливостями будови рідини.
Труднощі розгляду кристалів, обумовлені сильним взаємодією частинок, значною мірою компенсуються наявністю впорядкованої структури кристалічної решітки. Труднощі розгляду газів, обумовлені разупорядочения положень окремих частинок, компенсуються слабким міжчастинковою взаємодією. У разі ж рідини мають місце обидві зазначені труднощі при відсутності в той же час відповідних компенсуючих факторів. Справа в тому, що молекули в рідині досить сильно взаємодіють один з одним. Однак врахувати енергію цієї взаємодії при відсутності строгого порядку в розташуванні молекул в рідині виявляється досить складно, що в значній мірі ускладнює створення теорії рідкого стану.

Посилання на основну публікацію