Сили взаємодії молекул, формули і приклади

Сили взаємодії або молекулярні сили

Між молекулами будь-якої речовини діють сили взаємодії або молекулярні сили. Ці сили мають електромагнітну природу. Так як маси молекул дуже малі, мізерно малі сили гравітаційної взаємодії між молекулами можна не розглядати. Кожна молекула являє собою складну систему, що складається з заряджених частинок: електронів і атомних ядер. Тому при взаємодії молекул одночасно діють як сили тяжіння їх різнойменних зарядів, так і сили відштовхування однойменних. І ті, і інші зі збільшенням відстані між молекулами швидко зменшуються. Однак спадання сил відштовхування має бути швидшим, ніж сил тяжіння, в результаті чого сили відштовхування будуть переважати на малих відстанях між молекулами, а сили тяжіння - на більш далеких відстанях.

На рис.1 зображена залежність сили взаємодії молекул від відстані між ними. Як видно з малюнка, на дуже великих відстанях електромагнітної взаємодії між молекулами практично немає. При зближенні молекул, залишаючись в цілому електрично нейтральними, молекули будуть орієнтуватися таким чином, що їх звернені один до одного боку матимуть різнойменні заряди. В результаті між молекулами будуть виникати сили тяжіння. При подальшому зближенні молекул сили тяжіння між ними будуть зростати. Якщо молекули зблизяться настільки, що їх електронні хмари почнуть помітно проникати один в одного, то електрони і ядра різних молекул будуть різко відштовхуватися з силою, яка дуже швидко зростає зі зменшенням відстані між молекулами. На таких відстанях будуть переважати сили відштовхування.

Рис.1 Залежність сили взаємодії молекул від відстані між ними

Таким чином, на кожну молекулу діє сума сил тяжіння і відштовхування. На великих відстанях переважає сила тяжіння (на відстані 2-3 діаметрів молекули тяжіння максимально), на малих відстанях сила відштовхування.

Існує таке відстань між молекулами, на якому сили тяжіння стають рівними силам відштовхування. Такий стан молекул називається становищем стійкої рівноваги.

Приклади розв'язання задач

Що з наведених нижче фактів або явищ є найбільш наочним досвідченим підтвердженням взаємодії між молекулами? Вказати правильне твердження:

а) розтікання масла на поверхні води;

б) розширення твердих тіл, рідин і газів в результаті нагрівання;

в) спостереження атомів і молекул за допомогою електронного мікроскопа;

г) виникнення сил пружності при деформації твердих тіл.

Правильним є твердження г). Причиною виникнення сил пружності при деформації твердих тіл є взаємодія між молекулами речовини цих тіл. Сили взаємодії між молекулами такі, що на малих відстанях (в порівнянні з розмірами самих молекул) молекули відштовхуються, а на великих відстанях - притягуються. У недеформованому тілі молекули розташовані на відстанях, що відповідають стійкій рівновазі молекул, тобто коли сили тяжіння і відштовхування молекул компенсують один одного. Однак, коли ми розтягуємо або стискаємо тіло, відстані між молекулами збільшуються (або зменшуються), в результаті чого починають переважати або сили тяжіння, або сили відштовхування, що призводить до виникнення сил пружності.