Взаимодействие молекул

Одна из выдвинутых нами посылок касалась взаимодействия молекул. Возникает вопрос: какова природа этого взаимодействия?

Мы считаем, что между молекулами одновременно действуют силы притяжения и отталкивания. В то же время, мы знаем, что силы притяжения и отталкивания существуют между электрическими зарядами.

Это дает нам основание предположить, что межмолекулярное взаимодействие носит электромагнитный характер.

Рис. 1

Если представить себе молекулы в виде диполей (частиц со смещенными относительно центра положительными и отрицательными зарядами), то можно, пользуясь соответствующими законами, найти зависимость силы взаимодействия двух соседних молекул от расстояния между их центрами.

Зная эту зависимость, можно отобразить ее графически.

Рис. 2

Соответствующим образом можно построить график зависимости энергии взаимодействия двух соседних молекул от расстояния между их центрами.

Рис. 3

Согласно принципу минимума энергии, взаимодействующие молекулы будут стремиться перейти в состояние с наименьшей из возможных значений энергией. Минимальной энергии будет соответствовать некоторое расстояние между молекулами.

Рис. 4

Если система молекул, а значит и каждая из них в отдельности, поглотит извне некоторое количество теплоты, то это приведет к изменению энергии взаимодействия рассматриваемых молекул. Новому значению энергии на графике будет соответствовать два значения расстояния между молекулами. Это означает, что молекулы будут совершать колебательное движение относительно друг друга. В силу асимметричности графика, среднее расстояние между молекулами будет увеличиваться.

Приведенные рассуждения позволяют объяснить тепловое расширение тел.

Поскольку ветвь графика, соответствующая притяжению молекул, асимптотически уходит в бесконечность, то при некотором значении энергии взаимодействия молекул, связь между ними должна разорваться. Если разрыв связей происходит на границе раздела жидкости и газа, мы говорим об испарении жидкости.