Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
черного тела при Т = 500 К?
3.10. Найти максимальную скорость свободных электронов в серебре при Г =
0 К. Данные для серебра приведены в задаче 3.1.
3.11. Найти температуру вырождения электронного газа в серебре. Данные
для серебра приведены в задаче 3.1.
Ответы
3.1. ц0 = 8,8-10"19 Дж = 5,5 эВ. 3.2. п = 5,6 -1021; dп = 0,9-Ю20.
3.3. dn = 5,3-1014. 3.4. d" = 6 -1015; dW- 1,36-10" 3 Дж. 3.5. dn = = 2
• 1025. 3.6. 3,053 -10"6 м. 3.7. 3720 К < Т< 7430 К.
3.8. Г = 6170 К. 3.9. и = 2,55 • 106. 3.10. гмакс = 139 • 104 м/с = =
1390 км/с. 3.11. 6,5 • 104 К.
29
Силы взаимодействия
4
30
Переход из газообразного состояния в жидкое
31
Уравнение Клапейрона -
Клаузиуса
~ Газы
32 смежмолекулярным
У равнение Вап-дер-Ваальса взаимодействием
------------------------------------- И ЖИДКОСТИ
33
Эффект Джоуля - Томсона 1
34
Поверхностное натяжение
35
Испарение и кипение жидкостей
36
Структура жидкостей. Жидкие кристаллы
37
Жидкие растворы
38
Кипение жидких растворов
39
Осмотическое давление
40
Химический потенциал и равновесие фаз
41
Правило фаз
Основной физический фактор: силы взаимодействия между молекулами -
притяжение при больших расстояниях и отталкивание при малых.
Основной критерий, определяющий результат взаимодействия: соотношение
между средней энергией взаимодействия и средней кинетической энергией
молекул.
§ 29 Силы взаимодействия
Обсуждаются основные типы связи между молекулами. Отмечается
промежуточный характер структуры жидкости между газами и твердыми телами.
Рассматриваются силы Ван-дер-Ваальса и потенциал межмолекулярного
взаимодействия. Анализируется критерий образования жидкого состояния из
газообразного.
Силы связи в молекулах. Электроны около ядра в атоме удерживаются
кулоновскими силами притяжения разноименных зарядов. Атом в целом
электрически нейтрален. Молекулы состоят из атомов. Силы, удерживающие
вместе атомы в молекуле, по своей природе также являются электрическими,
однако возникновение их несколько сложнее. Существует в основном два типа
связей атомов в молекуле.
Ионная связь. Сила связи различных электронов в атоме с атомом в целом
различна. Она зависит от строения атома. Строение атомов и законы
движения электронов в них рассматриваются в квантовой механике. Здесь
необходимо лишь знать, что в некоторых случаях имеются электрон или
несколько электронов, которые очень слабо связаны с соответствующим
атомом в целом. Эти электроны легко теряются атомом, в результате чего
образуется положительно заряженный ион.
В других случаях, наоборот, не только все электроны очень крепко связаны
с атомом, но при благоприятных условиях атом охотно захватывает электрон
или даже два электрона и превращается в отрицательно заряженный ион.
Такие атомы при образовании молекулы превращаются в ионы с отрицательным
знаком заряда. Между ионами действуют кулоновские силы притяжения,
которые и обеспечивают образование молекулы, К числу таких молекул
относится, например, молекула хлористого натрия NaCl, структура которой в
виде ионов может быть записана как Na+CP, т. е. Na+ является
положительным ионом, а СР - отрицательным. Многие другие молекулы также
обязаны своим существованием ионной связи.
Потенциальная энергия притяжения ионов Na+ и СР равна
U(r)= - е2/(4пе0г0), (29.1)
где г0 - расстояние (равновесное) между ионами. Наряду с этой энергией
имеется положительная энергия, связанная
220 4. Газы с межмолекулярным взаимодействием и жидкости
с силами отталкивания между ионами при их очень ь-большом сближении,
поскольку они не могут проникнуть друг в друга. Эти силы велики лишь на
малых расстояниях между ионами и быстро убывают с расстоянием. Их вклад в
полную энергию взаимодействия ионов невелик и не превосходит примерно 10%
ее общего значения. Поэтому для энергии диссоциации молекулы NaCl из
(29.1) с достаточной для оценки порядка величины точностью можно написать
Д? = с2/(4л80Го). (29.2)
Измерения г0 в газообразном состоянии дают г0 =
= 2,5 10"10 м. Учитывая, что 1/(4яб0) = 9 • 109 м/Ф, е- 1,6 -10"19 Кл,
для АЕ из (29.2) получаем АЕ&
~ 9.10"19 Дж, что с точностью примерно до 5% совпадает с
экспериментальным значением. Аналогично очень простыми методами
получаются удовлетворительные результаты и для других молекул с ионной
связью.
С физической точки зрения ионная связь характеризуется полным обменом
зарядом (электроном) между ионами.
При частичном обмене возникает ковалентная связь.
Ковалентная связь. Очевидно, что ионная связь не в состоянии объяснить
существование молекул, состоящих из двух одинаковых атомов, таких,
например, как Н2, 02, N2 и т. д., потому что два атома входят в молекулу
равноправно и нет оснований для одного из них стать положительным ионом,
а для другого - отрицательным. Существующая в таких молекулах связь между
атомами называется ковалентной.
Полное понимание ковалентной связи возможно лишь в рамках квантовой
механики, но физическая суть дела может быть наглядно пояснена и в рамках
