ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы К теории сил взаимодействия между молекулами из "Основы расчета вакуумной сублимационной аппаратуры" Изучение процессов сублимации и десублимации водяного пара в разреженной среде имеет большое значение как для развития теории, так и для конструирования самых различных аппаратов. Рассмотрение этих процессов основано на представлениях о силах межмолекулярного взаимодействия и о спонтанном разрушении кристаллов твердого конденсата, образующегося при десублпмации пара. Межмолекулярные взаимодействия приводят в определенных условиях к объединению молекул пара и газа в группы или комплексы, которое далее будем называть ассоциацией. Процесс ассоциации молекул происходит за счет действия сил Ван-дер-Ваальса и за счет водородных связей. [c.7] Процесс теплообмена по физической сущности представляет собой обмен энергией между частицами, находящимися в различном энергетическом состоянии. Такой обмен энергией между частицами обычно называют переносом тепла. При конвективном теплообмене поток тепла вызывается наличием градиента температуры. Но даже при отсутствии температурного градиента за счет хаотического теплового движения молекул среды непрерывно происходит хаотический перенос тепла. [c.7] Само тепловое движение молекул согласно квантовой механике обусловлено наличием электромагнитных сил в молекулах. Наличие этих сил приводит к тому, что никакие две молекулы газа не могут иметь абсолютно одинаковых свойств, что ни одна молекула не обладает такой же энергией, как любая другая молекула данной системы. Следовательно, сама природа теплообмена основана на движении частиц (молекул, атомов и др.), которые находятся в различных энергетических состояниях. Отсюда следует, что проблема теплообмена состоит в выяснении того, как происходит обмен энергией между частицами, т. е. выравнивание энергии. [c.7] Теплообмен в газообразной среде представляет собой перенос энергии пз одного места в другое отдельными молекулами и ассоциированными комплексами. Обмен энергией между частицами (молекулы газа между собой, твердое тело и молекулы) не происходит без ассоциации (может быть кратковременной). [c.7] На возможность ассоциации молекул в газах указывал ряд исследователей, начиная еще с конца прошлого века (Ильин, Натансон, Дюринг, Лерэ, Ван-дер-Ваальс и др.). Нернст также предполагал, что еще до насыщения в перегретом паре присутствуют не только простые, но и сложные молекулы. Комплексные частицы не являются только формальным описательным понятием, но имеют непосредственный физический смысл, поскольку каждая из таких частиц ведет себя в кинетическом отношении как самостоятельная молекула [1]. [c.8] Уравнения состояния, построенные с учетом ассоциации, описывают процессы в газах с большой точностью. Это объясняется тем, что присутствие комплексных молекул является одной из причин отклонений в поведении реальных газов по сравнению с идеальным газом. При сложных столкновениях может случиться, что молекулы после соударения не смогут преодолеть силы притяжения и будут двигаться совместно. Такой комплекс может быть достаточно устойчивым. [c.8] Однако и уравнение Ван-дер-Ваальса, как правило, мол ет применяться лишь для качественного описания явлений, происходящих в реальных газах. [c.8] Статистическая механика дает в принципе все необходимое для полного решения проблемы, связанной с уравнением состояния реальных газов. С помощью статистического метода можно определить соотношение между давлением р, объемом V и температурой Т реального газа, если только будет известен закон взаимодействия между молекулами газа. [c.8] Постоянные коэффициенты и функции температуры Вг могут быть вычислены, если известен закон силового взаимодействия молекул данного газа. [c.9] Рассмотрим подробнее вопросы ассоциации применительно к условиям сублимационного аппарата, где присутствуют полярные молекулы. Молекулы реальных газов отличаются от молекул так называемых идеальных газов наличием силовых взаимодействий. Межмолекулярные силы обусловлены взаимодействием отдельных электрических зарядов, входящих в состав каждой в целом электрически нейтральной молекулы. Таким образом, дальнодействующие межмолекулярные силы имеют электромагнитное происхождение. При этом существуют три общих типа сил притяжения силы чисто электростатического происхождения (ориентационный эффект), индукционные и дисперсионные силы. [c.9] Энергия, вносимая электростатическими силами, определяется чисто электростатическим взаимодействием между постоянными распределениями зарядов двух молекул энергия индукции Дебая—Фалкенхагена представляет собой энергию взаимодействия постоянно распределенных зарядов одной молекулы и моментов, индуцируемых в другой молекуле. Дисперсионная энергия Лондона представляет собой энергию двух индуцированных распределений зарядов. Приведенная классификация является, конечно, условной. Не всегда удается явно выявить тот или другой эффект, ту или другую силу. [c.9] Это выражение справедливо для любых взаимных расстояний и ориентаций двух диполей. [c.10] Это энергия взаимодействия двух идеальных диполей при fab 2/ наблюдается достаточно хорошее совпадение с взаимодействием реального диполя. [c.11] Эти соотношения выведены для идеальных мультиполей. Под идеальным мультиполем разумеется такой мультиполь (диполь, квадруполь и т. д.), размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с межмолекулярным расстоянием. [c.11] Здесь 1-й и 2-й члены важны во взаимодействии иона с нейтральной молекулой, а 3-й и 4-й члены играют главную роль во взаимодействии нейтральных полярных молекул. [c.12] Дисперсионный эффект. Межмолекулярные взаимодействия, существующие между нейтральными неполярными молекулами, невозможно объяснить наличием рассмотренных выше эффектов. [c.13] Вследствие наличия колебаний электронов даже при абсолютном нуле еполярная молекула имеет мгновенные значения дипольного момента, отличные от нуля. Между осцилляторами возникает мгновенное электростатическое взаимодействие, которое получило название дисперсионного. В отличие от ориентационного и индукционного взаимодействия дисперсионное взаимодействие многих молекул сводится просто к аддитивному наложению сил притяжения между отдельными парами. [c.13] Для молекул в основном состоянии 1 дисп отрицательна и силы являются силами притяжения. Молекулы в возбужденных состояниях могут притягиваться или отталкиваться. [c.14] Часто обнаруживается, что величины Е1 приблизительно равны энергиям ионизации. [c.14] Вернуться к основной статье