Электростатическая энергия взаимодействия двух элементарных электрических зарядов, находящихся на расстоянии 0,2–0,3 нм составляет:

Uкул = e2 / r ≈ −(5 ÷7) эВ.

Это значение соответствует по порядку величины энергии связи атомов в кристаллах, обусловленной электрическим взаимодействием. При этом связь осуществляется периферийными электронами атомов, называемых валентными. Электрическая природа взаимодействия проявляется во всех типах твердых тел и для всех типов связи, классификация которых приведена далее.

3.1.4. Энергия связи кристаллов

Рассмотрим системы, образованные частицами, между которыми действуют центральные силы. Для двухатомной молекулы потенциальная энергия взаимодействия частиц зависит только от расстояния между ними. Представим потенциальную энергию в виде суммы потенциалов притяжения и отталкивания:

U (r) =Uпр (r) +Uот (r) = −Ar −m + Br −n .

где оба потенциала приближенно представлены в виде степенных функций от r, а постоянные A и B положительны. Чтобы функция имела минимум, необходимо принять, что n > m. В случае ван-дер- ваальсовского взаимодействия можно принять m = 6, в случае ионного взаимодействия m = 1.

Из условия минимума энергии dU / dr = 0 находим равновесное расстояние между частицами:

и энергию связи двухатомной молекулы:

U (r0 ) =U0 = − rAm (1− mn ) .

Если предположить, что энергия взаимодействия двух частиц не зависит от других частиц, то потенциальная энергия системы в этом случае равна сумме энергий взаимодействия всех пар частиц:

331