Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Взаимное притяжение и отталкивание молекул определяет существование тел. Без них мир казался бы облаком крошечных частиц, неспособных соединяться и создавать большие структуры.

Общее описание

Рассмотрим различные физические эксперименты, некоторые из которых можно наблюдать в повседневной жизни. Сухая одежда, если она не наэлектризована, не прилипает к телу. А если промокнуть, помыть руки под краном или вспотеть на тренировке? Точно то же самое происходит и с мокрыми листами бумаги: они слипаются. Теперь наложим одну железяку на другую и поставим их в разогретую до 200-300 градусов духовку. Они будут придерживаться. Или попробуем сложить осколки разбитой посуды или стекла, они развалятся. Наконец, сожмем любое тело, для наглядности, кистевой эспандер, и отпустим, оно выпрямится.

Чтобы сделать из этих опытов качественные выводы, достаточно иметь начальное представление о строении материи, которое дается школьникам в 7 классе. Все вокруг состоит из молекул и атомов. В газообразных и жидких телах они движутся свободно, в твердых телах прикреплены к жесткой конструкции. А теперь представьте, что произойдет, если между телами появится вода: неровности на микроуровне заполнены молекулами воды. Образуется сплошной слой веществ. При нагревании твердых тел атомы и молекулы, прикрепленные к структуре, начинают сильнее вибрировать, благодаря чему они могут покинуть свои «гнезда» и приблизиться к атомам и молекулам других тел. Чем выше температура, тем больше вероятность того, что это событие произойдет.

Рис. 1. Колебание молекул кристаллических тел.

Оказывается, когда молекулы сближаются на определенном расстоянии, между ними возникает притяжение. И тем сильнее, чем ближе они друг к другу. Но из опыта работы с ручным эспандером также можно сделать вывод, что есть некое предельное расстояние, после которого молекулы уже отталкиваются друг от друга.

Со временем ученым удалось дать количественную характеристику этим явлениям. Итак, если расстояние между молекулами пропорционально диаметру самих молекул, то силы притяжения достаточно значительны для того, чтобы тела соединились. При приближении происходит отталкивание.

Рис. 2. Зависимость сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами.

Природа сил отталкивания и притяжения

Поскольку атом состоит из ядер и электронов, силы притяжения и отталкивания носят электростатический характер. Когда расстояние между атомами в молекулах достаточно велико (электронные облака не перекрываются), возникают три эффекта:

  • Дисперсионный (поскольку электроны вращаются вокруг ядер, могут возникать кратковременные диполи, структуры, в которых есть положительно и отрицательно заряженные стороны. В том случае, когда диполи обращены друг к другу с противоположными зарядами, возникает сила притяжения. Она цементирует дипольную структуру).
  • Ориентация (Некоторые молекулы полярны, т е состоят из противоположно заряженных ионов. Например, молекула хлорной кислоты состоит из положительного иона водорода и отрицательного иона хлора. Эти молекулы ориентированы друг к другу противоположно заряженными частями, что вызывает диполь-дипольное взаимодействие).
  • Индукционная (неполярная молекула, находясь в поле полярной, тоже поляризуется: ее электроны сосредоточены с одной стороны, а ядра — с другой. Дополнительный механизм аналогичен).

При сближении атомов молекул их электронные облака перекрываются, возникают силы отталкивания как между ядрами атомов, так и между их электронами по принципу взаимодействия одноименных зарядов.

Рис. 3. Диполь-дипольное взаимодействие.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть