29. Отклонение свойств газов от идеальности. Молекулярные силы. Силы Ван-дер-Ваальса. Потенциал Леннарда - Джонса.

Указание пределов применимости того или иного физич закона очень важно, т.к. применение данного закона вне обл-ти его применения часто приводит к большим ошибкам. Очень немногие законы имеют универсальный характер. Например, законы сохранения энергии и ипульса. Ур-е Менделеева-Клапейрона PV=RT явл-ся приближенным. Оно оказывается справедливым только при малых давлениях, при повышении давл-я наблюд-ся отклонения от таких газовых законов, как законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, являющихся следствием ур-я сост-я ид газа.

Опыты показали, что при достаточно больших давлениях реальный газ сжимается внешними силамизначит меньше, чем этого можно было бы ожидать на основании ур-я сост-я ид.газа, т.е. реальные газы значит отлич-ся по своим св-вам от ид.газов. В этом нет ничего удивительного, если вспомнить те допущения, к-е были сделаны при выводе ур-я сост-я ид.газа. Так ид.газ мы определили как систему мат точек, т.е. мв пренебрегли размерами и объемом атомов и молекул и силами взаимод-я между ними.

Отсутствие объема у молекул означает, что объем сосуда V, входящ в ур-е сост-я, т.е. тот оюъем,в к-м движ-ся молекулы целиком доступен для движ-я каждой из них, т.к. все прочие молекулы, будучи точками. Не занимают объема. Это несправедливо для реальных газов, при давлении в 1 атмосферу среднее расст-е между частицами больше размеров молекул в 10 раз, а их общий объем в 2000 раз меньше объема, занимаемого газом. При таких усл-ях размерами частиц можно пренебресь, но уже при 10 атм среднее расст-е между частицами только в 2 раза больше их собственных размеров, а собственный объем тольков 20 раз меньше объема газа. В этом случае объемом молекул уже нельзя пренебресь.

Отсутсвие взаимод-я между молекулами означает, что на молекулы в промежутках между столкновениями не действуют к-л силы. Между тем, такие силы сущ-т. Эти силы могут привести к возникновению химич соединений. Тогда они назыв химич или валентными силами. Если же химич соед-я не образ-ся, то силы взаимод-я назыв молекулярными силами.

На далеких расстояниях молекулярные силы явл-ся силами притяжения. Эти силы притяжения называют также силами Ван-дер-Ваальса. Рас-рим как возникают силы притяжения между электронейтральными частицами. Чтобы это понять, учтем 2 обстоятельства: 1) заряды противоположного знака внутри частицы не совмещены в одной точке. Из=за этого вокруг атома или молекулы имеется электрич поле, убывающее с увеличением расст-я. 2) под действием внешнего поля положение зарядов внутри молекулы изменяется таким образом, что положит заряды смещаются в направ-и электрич поля, а отрицат – в противоположное направ-е. Это явление назыв электрич поляризацией.

Представим 2 сложные нейтральные частицы 1 и 2 на таком малом расст-и, что электрич поле Е₁, возбуждаемое 1й частицей в месте нахождения 2й, имея нек-ю величину(какой-то бред. Спросить у кого-нибудь). Под действием этого поля частица 2 поляризуется и возбуждаемое ею электрич поле Е₂ в месте нахождения 1й частицы усилится. Под действием поля Е₂ частица 1 также поляризуется, что приведет к усилению поля Е₁ и т.д. В результате обе частицы будут обращены др к другу противоположно заряженными сторонами и будут притягиваться подобно магниту. Рассмотренные силы назыв дисперсионными.

РИСУНОК

Помимо дисперсионных сил между молекулами действуют также дипольно-ориентационные силы. Они возникают тогда, когда молекулы газа поляризованы даже в отсутствии электрич поля. Такие молекулы назыв полярными. Молекулы будут стремиться повернуться др к другу противоположными сторонами, в результате возникают силы притяжения.

На больших расстояниях, когда электронные оболочки взаимод-х частиц, взаимно проникая др в др, силы притяжения переходят в сиды отталкивания. Силы отталкивания очень велики, когда расст-е между взаимод-ми частицами мало. Они очень быстро убывают с увеличением расст-я.

Взаимод-е молекул удобно характеризовать потенциальной энергией взаимод-я U(r), r – расст-е между центрами молекул. Эта энергия явл-ся суммой потенциальных энергий притяжения и отталкивания. U(r)=U_пр(r)+U_отт(r). Графически потенциал выглядит так:

РИСУНОК

r₀-равновесное расст-е, на данном расст-и энергия системы минимальна, конфигурация молекулы самая стабильная.

Точный вид потенциала U(r) определить невозможно, поэтому прибегают к различным упрощениям. Наиболее простым явл-ся выражение: – потенциал Леннорда-Джонса.

Рассмотренное приближение Леннорда-Джонса соответствует модели идеальных твердых шаров. В данной модели предполагается, что между частицами действуют силы притяжения, а силы отталкивания проявляются только в момент соударения шаров. При этом соударения явл-ся абсолютно упругими. В этом случае кривую U(r) следует заменить кривой, левая сторона к-й идет параллельно оси U(r), где d – диаметр молекулы, т.е. частицы не могут сблизиться на расст-е, меньшее d.