ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Силы Ван-дер-Ваальса. Электростатическая теория из "Введение в молекулярную теорию растворов" В последующих параграфах этой главы мы наиболее подробно рассмотрим экспериментальный и теоретический материал, относящийся к силам Ван-дер-Ваальса, отталкивательным силам и отчасти к ионному взаимодействию. Такое ограничение объясняется тем, что в настоящее время наиболее изучены свойства жидких диэлектриков и растворов электролитов и неэлектролитов, в которых главное значение имеют именно эти виды взаимодействия. [c.55] Малая величина сжимаемости жидкостей и твердых тел, наличие устойчивых положений равновесия молекул, атомов и ионов в кристаллах, квазикристаллическая структура жидкостей и многие другие факты указывают на существование сил отталкивания. Силы отталкивания в твердых и жидких телах противодействуют силам сцепления и уравновешивают эти последние. [c.56] Физическая природа сил отталкивания в металлах и диэлектриках согласно современным представлениям несколько различается ). В металлах силы отталкивания, повидимому, имеют отчасти кинетический характер, обусловлены стремлением электронного газа к расширению. Положительные ионы металла, отталкиваясь друг от друга, притягивают электронный газ, в результате чего достигается динамическое равновесие сил притяжения и сил отталкивания. [c.56] В диэлектриках природа отталкивания несколько иная. [c.56] Квантовая теория приводит к выводу, что при сближении атомов электроны, находящиеся во внешних оболочках атомов, могут взаимодействовать двояким образом. В зависимости от этого между атомами возникает притяжение или отталкивание. [c.56] Рассмотрим в качестве примера два атома водорода. Обозначим ядра атомов соответственно А я В. Расстояние между А ж В примем равным П. Эго расстояние достаточно мало, чтобы атомы водорода могли взаимодействовать друг с другом. [c.56] Квантовомеханический расчет показывает, что в результате взаимодействия между атомами водорода может возникнуть два состояния движения электронов симметричное и антисимметричпое. [c.56] Если состояние движения является симметричным, то волновая функция системы изображается рис. 1,а. [c.56] Если же состояние движения электронов антисимметричное, то волновая функция )п выглядит так, как на рис. 1, б. [c.56] Волновые функции молекулы водорода Нз. [c.56] Применение принципа Паули приводит к выводу, что в случае симметричного состояния движения электроны должны обладать противоположно направленными спинами. При антисимметричном состоянии движения спины электронов должны быть параллельными. [c.57] Если вместо атомов водорода взять атомы гелия или какого-либо другого инертного газа, то в этом случае взаимодействие между электронами имеет более сложный вид. Половина электронов, находящихся во внешней оболочке, взаимодействует симметричным образом, а другая половина антисимметричным. [c.57] Расчет сил отталкивания. Итак, силы отталкивания возникают в результате взаимодействия внешних электронных оболочек и зависят от особенностей этих оболочек. [c.57] Проще всего, как известно, устроены внешние электронные оболочки атомов инертных газов (Не, N0, Аг, Кг, Хе, Кп) и ионов, обладающих структурой инертных газов (N3 , Са , С1 , 0 и т. д.). Поэтому наиболее успешные расчеты сил отталкивания были произведены именно для такого типа оболочек. [c.57] Из формулы (3.7) следует, что при больших значениях п энергия отталкивания составляет небольшую часть общей энергии взаимодействия. Если п положить равным бесконечности, т. о. считать частицы абсолютно жесткими, то энергия отталкивания будет равна нулю. [c.59] Обычно п довольно велико (см. табл. 2). Поэтому энергия отталкивания значительно меньше энергии притяжения. При вычислении общей энергии взаимодействия можно в первом приближении пренебрегать энергией отталкивания, приняв частицы за абсолютно твердые шарики. Но при теоретических расчетах таких величин, как коэффициент сжимаемости, коэффициент расширения и т. п., силами отталкивания пренебрегать нельзя, так как в положении равновесия эти силы равны силам притяжения. [c.59] Хлористый пезий s l Поваренная соль Na l Цинковая обманка ZnS Флюорит aF2. . . . [c.60] Борн и Майер нашли, что выбранная ими форма потенциала отталкивания приводит приблизительно к одинаковому значению константы р для всех галоидных солей щелочных металлов. В среднем можно принять р = 0,345-10 сл (см. табл. 2). [c.61] расчет доказывает, что отталкивательные силы являются короткодействующими. Они очень быстро ослабевают с увеличением расстояния. Отталкивательные силы можно с хорошей степенью приближения считать аддитивными. Это означает, что энергия отталкивания, действующая между N частицами, может быть представлена как сумма энергий отталкивания, действующих между всеми возможными парами из этих N частиц. [c.61] Вернуться к основной статье