Досаева Б. Т., Койшыбаев Н., Жаугашева С. А
Молекулалар аралық күштер. Идеал газ заңдарынан ауытқу
жүктеу/скачать 4.06 Mb.
|
| Молекулалар аралық күштер. Идеал газ заңдарынан ауытқу. Идеал газ заңдары – жуықталған заңдар. Олардан ауытқулардың сандық та, сапалық та сипаттары бар. Сандық ауытқуларға келсек, Менделеев-Клапейрон теңдеуі нақты газдар үшін тек жуықталып қана орындалады. Ал сапалық ауытқуларға келсек, оның сипаты тереңіректе жатыр. Нақты газдарды сұйық және қатты күйлерге өткізуге болады. Ал егер газдар Менделеев–Клапейрон теңдеуіне қатал бағынатын болса, онда бұл мүмкін болмаған болар еді.
Идеал газ заңдарынан ауытқулар газ молекулаларының арасында идеал газ теориясында ескерілмеген күштердің әсер етуімен байланысты. Бұл күштердің химиялық қосылыстардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Бұл жағдайда олар химиялық немесе валенттік күштер деп аталады. Егер химиялық қосылыстар пайда болмайтын болса, онда молекулалардың және атомдардың арасындағы өзара әрекеттесу күштері молекулалық күштер деп аталады. Біздің бұл жерде тоқталатынымыз тек нейтрал атом және молекулалар арасындағы молекулалық күштер ғана болып табылады. 2. Алыс қашықтықтарда молекулалық күштер тартылыс күштері болып табылады. Бұл тартылыс күштерін нақты газдардың молекулалық теориясының негізін қалаған голланд ғалымының есімімен Ван-дер-Ваальс (1837–1923) күштері деп атайды. Тұтастай алғанда электр нейтрал болатын, элементар зарядтардан түзілген бұл күрделі бөлшектердің арасында тартылыс күштері қалай пайда болуы мүмкін? Мұны түсіну үшін екі жағдайға назар аудару керек. Біріншіден қарама-қарсы зарядтар бөлшек ішінде бір нүктеде жинақталмаған. Осының арқасында олардың сыртқы өрісі өшпейді – кез келген атом немесе молекуланың төңірегінде қашықтық артқан кезде жеткілікті тез өшетін электр өрісі болады. Екіншіден, сыртқы өрістің әсерінен молекула ішіндегі зарядтардың орны немесе қозғалысы оң зарядтар өріс бағытында, ал теріс зарядтар – қарсы бағытта ығысатындай болып, сәл-пәл өзгереді. Бұл құбылыс электр поляризациясы деп аталады. Енді бір бірінен өте азғантай қашықтықта орналасқан 1 және 2 күрделі нейтрал бөлшектерді қарастырайық; әлі де болса, бірінші бөлшектің екінші бөлшектің тұрған жерінде тудыратын өрісінің мәні назар аударалықтай болсын. Осы өрістің әсерінен 2 бөлшек полярланады, сөйтіп оның бірінші бөлшек тұрған жердегі электр өрісі күшейеді. өрістің әсерінен бірінші бөлшек те полярланады да, бұл да өрістің күшеюіне әкеп тірейді және т.с.с. Осылардың нәтижесінде бөлшектер бір біріне қарама-қарсы зарядталған бүйірлерімен бұрылып тұратын болады. Олар бір біріне қарама-қарсы поляюстерімен қарап тұрған магниттер тәрізді тартылатын болады. Қарастырылған күштер дисперсиялық күштер деп аталады. Дисперсиялық күштермен қатар газ молекулалары арасында диполдық-бағытталғыш күштер де әсер ете алады. Бұлар да тартылыс күштері, тек олар дисперсиялық күштерден әлсіз болады. Сонымен қатар, диполдчқ-бағытталғыш күштер газдың температурасына тәуелді болады. Олар газ молекулалары сыртқы электр өрісі жоқ кездің өзінде-ақ полярланған кезде пайда болады. Мұндай молекулалар полярлық деп аталады. Сыртқы электр өрісінде полярлық молекулалар магнит өрісіндегі магнит тілшіктері тәрізді бұрылады. Енді өзара әрекеттесетін екі полярлық молекуланы көзге елестетейік. Бір молекуланың электр өрісіндегі екінші молекула бұрыла бастайды. Молекулалар өздерінің қарама-қарсы зарядталған жақтары бір-біріне қарап тұратындай болып бұрылады. Осының нәьижесінде тартылу пайда болады. Бағдарлануды жылулық қозғалс өне бойы бұзып отыратындықтан, диполдық-бағдарлағыш күштер газ температурасына тәуелді болуы тиіс. Егер молекулалардың ара қашықғы олардың мөлшерлерімн салыстырғанда үлкен болатын болса, онда дисперсиялық және диполдық-бағдарлағыш күштердің қашықтықтың жетінші дәрежесіне кері пропорционал болатындығын дәлелдеуге болады екен. Бірақ бұл деректі біз еш жерде қолданбаймыз, сондықтан ол жайлы тек сөз етіп қана кетіп отырмыз. Өзара әрекеттесетін бөлшектердің электрондық қабықшалары бір біріне еніп кететіндей жуық қашықтықтар кезінде, молекулалық тартылыс күштері тебілу күшіне айналады. Кванттық механикаға сүйенетін теория өзара әрекеттесетін бөлшектердің ара қашықтығы азғантай болатын кезде, тебілу күштерінің аса зор болатындығын көрсетеді. Бұл күштер қашықтық артқан кезде тез азаяды. Қашықтық өзара әрекеттесетін бөлшектердің диаметрінен асқан кезде, тебілу күші қашықтық артқан сайын экспонента түрінде өшеді. 3. Молекулалардың өзара әрекеттесуін өзара әрекеттесу потенциалдық энергиясымен сипаттаған ыңғайлы, бұл фнукция өзара жақындаған молекулалардың центрлерінің ара қашықтығына тәуелді. Оның минимумы бар, онда тартылыс күштері тебілу күштерімен теңгеріседі. Газдар теориясының көптеген мәселелерінде функциясы үшін (2.60) жуықталуын пайдаланады, мұндағы және – тұрақтылар. Бұл функция Леннард-Джонс потенциалы деп аталады. Бірінші мүше тебілу күштеріне, ал екінші мүше – Ван-дер-Ваальс тартылыс күштеріне сәйкес келеді. Тартылыс күштері қашықтықтың жетінші дәрежесіне кері пропорционал болады (себебі ). Бірінші мүше жай ғана жуықталу деп қарауға болады. Ван-дер-Ваальстың күй теңдеуі теориясындағы жуықталу бойынша, функциясының графигіндегі сол жақтағы тік дерлік көтерілетін учаскесі вертикал түзумен алмастырылады. Егер осы түзуден координаттар басына дейінгі қашықтық болса, онда өзара әрекеттесуші бөлшектердің центрлері қашықтықтан кіші қашықтыққа тең бола алмайды, олар бұдан жақынырақ жерге келе алмайды. Қарастырылып отырған жуықталу арасында тартылыс күштері әсер ететін серпімді қатты шарлар моделіне сәйкес келеді. Осы моделді біз алда да пайдаланамыз. Тебілу күштерін ескеру арқылы біз шарлардың мөлшерлерін шектеулі деп санаймыз. Бұл күштер тек соқтығысулар кезінде ғана пайда болады. қашықтық молекуланың диаметрі ролін атқарады. жүктеу/скачать 4.06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|