оправками. Поправка a враховує сили тяжіння між молекулами (тиск на стінку зменшується, тому що є сили, що втягують молекули прикордонного шару всередину), поправка b - сили відштовхування (із загального обсягу віднімаємо обсяг, займаний молекулами). p align="justify"> Для ? молей газу Ван-дер-Ваальса рівняння стану виглядає так:
В
Внутрішня енергія газу Ван-дер-Ваальса:
Потенційна енергія міжмолекулярних сил взаємодії обчислюється як робота, яку здійснюють ці сили, при розведенні молекул на нескінченність:
В
Внутрішня енергія газу Ван-дер-Ваальса складається з його кінетичної енергії (енергії теплового руху молекул) і тільки що нами обчисленою потенційної. Так, для одного моль газу:
В
де - молярна теплоємність при постійному обсязі, яка передбачається не залежної від температури.
Сили тяжіння:
Орієнтаційні сили діють між полярними молекулами, тобто володіють дипольні електричними моментами. Сила тяжіння між двома полярними молекулами максимальна в тому випадку, коли їх дипольні моменти розташовуються уздовж однієї лінії. Ця сила виникає завдяки тому, що відстані між різнойменними зарядами трохи менше, ніж між однойменними. У результаті тяжіння диполів перевершує їх відштовхування. Взаємодія диполів залежить від їх взаємної орієнтації, і тому сили дипольної взаємодії називаються орієнтаційними. Хаотичний тепловий рух безперервно міняє орієнтацію полярних молекул, але, як показує розрахунок, середнє по всіляких орієнтаціям значення сили має певну величину, не рівну нулю. p align="justify"> Сили відштовхування:
Сили відштовхування діють між молекулами на дуже малих відстанях, коли приходять в зіткнення заповнені електронні оболонки атомів, що входять до складу молекул. Існуючий у квантовій механіці принцип Паулі забороняє проникнення заповнених електронних оболонок один в одного. Виникаючі при цьому сили відштовхування залежать більшою мірою, ніж сили тяжіння, від індивідуальності молекул. p align="justify"> Індукційні сили
Індукційні (або поляризаційні) сили діють між полярною і неполярной молекулами. Полярна молекула створює електричне поле, яке поляризує молекулу з електричними зарядами, рівномірно розподіленими за об'ємом. Позитивні заряди зміщуються у напрямку електричного поля (тобто від позитивного полюса), а негативні - проти (до позитивного полюса). В результаті у неполярной молекули індукується дипольний момент. p align="justify"> Ця енергія називається індукційної, так як вона з'являється завдяки поляризації молекул, викликаною електростатичною індукцією.
Дисперсійні сили
Між неполярними молекулами діє дисперсійне міжмолекулярної взаємодії. Природа цієї взаємодії була з'ясована повністю лише після створення квантової механіки. В атомах і молекулах електрони складним чином рухаються навколо ядер. У середньому за часом дипольні моменти неполярних молекул виявляються рівними нулю. Але в кожен момент електрони займають якесь положення. Тому миттєве значення дипольного моменту (наприклад, у атома водню) відмінне від нуля. Миттєвий диполь створює електричне поле, поляризується сусідні молекули. У результаті виникає взаємодія миттєвих диполів. Енергія взаємодії між неполярними молекулами є середній результат взаємодії всіляких миттєвих диполів з дипольними моментами, які вони наводять в сусідніх молекулах завдяки індукції. p align="justify"> Міжмолекулярна взаємодія даного типу називається дисперсійним тому, що дисперсія світла в речовині визначається тими ж властивостями молекул, що і це взаємодія. Дисперсійні сили діють між усіма атомами і молекулами, так як механізм їх появи не залежить від того, чи є у молекул (атомів) постійні дипольні моменти чи ні. Зазвичай ці сили перевершують по величині як орієнтаційні, так і індукційні. Тільки при взаємодії молекул з великими дипольними моментами, наприклад молекул води, F or > F disp (у 3 рази для молекул води). При взаємодії ж таких полярних молекул, як CO, HI, HBr та інших, дисперсійні сили в десятки і сотні разів перевершують всі інші.
Природа міжмолекулярної взаємодії
Міжмолекулярна взаємодія має електричну природу і складається з сил тяжіння (орієнтаційних, індукційних і дисперсійних) і сил відштовхування.
Орієнтаційні сили
В
Два електричних диполя ab і cd при вказаному взаємному розташуванні притягуються, т. к. різнойменні заряди в точках b і з взаємодіють сильніше, ніж однойменні заряди в точках а і з (а також у b і...
