Міжмолекулярні сили

Відстань між молекулами і діють між ними сили визначають властивості газоподібних, рідких і твердих тіл.

Ми звикли до того, що рідина можна перелити з однієї судини в іншій, а газ швидко заповнює весь наданий йому об’єм. Вода може текти тільки уздовж русла річки, а повітря над нею не знає меж. Якби газ не прагнув зайняти весь простір навколо, ми б задихнулися, тому видихається нами вуглекислий газ накопичувався б близько нас, не даючи нам зробити ковток свіжого повітря. Так, і автомобілі б скоро зупинилися з тієї ж причини, тому для згоряння палива їм теж потрібен кисень.

Чому ж газ, на відміну від рідини, заповнює весь наданий йому об’єм? Між усіма молекулами діє міжмолекулярні сили тяжіння, величина яких дуже швидко падає з віддаленням молекул один від одного, і тому на відстані, рівному декільком діаметрам молекул, вони взагалі не взаємодіють. Легко показати, що відстань між сусідніми молекулами газу в багато разів більше, ніж у рідині. Використовуючи формулу (19.3) і знаючи щільність повітря (r = 1,29 кг / м3) при атмосферному тиску і його молярну масу (M = 0,029 кг / моль), можна обчислити середню відстань між молекулами повітря, яке виявиться рівним 6,1.10- 9 м, що в двадцять разів перевищує відстань між молекулами води.

Таким чином, між молекулами рідини, розташованими майже впритул один до одного, діють сили тяжіння, що перешкоджають цим молекулам розлетітися в різні боки. Навпаки, нікчемні сили притягання між молекулами газу не в змозі утримати їх разом, і тому гази можуть розширюватися, заповнюючи весь наданий їм об’єм. В існуванні міжмолекулярних сил тяжіння можна переконатися, поставивши простий досвід – притиснути один до одного два свинцевих бруска. Якщо поверхні зіткнення будуть досить гладкими, то бруски злипнуться, і їх буде важко роз’єднати.

Однак міжмолекулярні сили тяжіння одні не можуть пояснити всі відмінності між властивостями газоподібних, рідких і твердих речовин. Чому, наприклад, зменшити об’єм рідини або твердого тіла дуже важко, а стиснути повітряна кулька відносно легко? Пояснюється це тим, що між молекулами існують не тільки сили тяжіння, а й міжмолекулярні сили відштовхування, що діють тоді, коли електронні оболонки атомів сусідніх молекул починають перекриватися. Саме ці сили відштовхування перешкоджають тому, щоб одна молекула не проникала в обсяг, вже зайнятий іншою молекулою.

Коли на рідке або тверде тіло не діють зовнішні сили, відстань між їх молекулами таке (див. R0 на рис.21), при якому результуюча сил тяжіння і відштовхування дорівнює нулю. Якщо намагатися зменшити обсяг тіла, то відстань між молекулами зменшується, і з боку стисненого тіла починає діяти результуюча зрослих сил відштовхування. Навпаки, при розтягуванні тіла виникають сили пружності пов’язані з відносним зростанням сил тяжіння, тому при віддаленні молекул один від одного сили відштовхування падають набагато швидше, ніж сили тяжіння (див. рис.21).

Молекули газів знаходяться на відстанях в десятки разів більших, ніж їх розміри, в результаті чого ці молекули не взаємодіють між собою, і тому гази набагато легше стискаються, ніж рідини і тверді тіла. Гази не мають будь-якої певної структури і являють собою сукупність рухомих і зіштовхуються молекул (див. Рис. 21б).

Рідина – це сукупність молекул, майже впритул прилеглих один до одного (див. Рис. 21в). Тепловий рух дозволяє молекулі рідини час від часу міняти своїх сусідів, перескакуючи з одного місця на інше. Цим і пояснюється плинність рідин.

Атоми і молекули твердих тіл позбавлені можливості змінювати своїх сусідів, а їх тепловий рух – це лише невеликі коливання щодо положення сусідніх атомів або молекул (див. Рис. 21г). Взаємодія між атомами може призводити до того, що тверда речовина стає кристалом, а атоми в ньому займають положення у вузлах кристалічної решітки. Так як молекули твердих тіл не рухаються відносно сусідів, то ці тіла зберігають свою форму.

Питання для повторення:

– Чому молекули газу не притягуються один до одного? – Які властивості тіл визначають міжмолекулярні сили відштовхування і тяжіння? – Як пояснюють плинність рідини? – Чому всі тверді тіла зберігають свою форму?


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Міжмолекулярні сили