31
Силы молекулярного взаимодействия
Один из крупнейших современных физиков Ричард Фейнман считает, что если бы потребовалось в одной единственной фазе передать самое главное из того, что мы знаем сегодня о мире, то эта фаза должна быть бы быть такой: «… все тела состоит из atoms — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому» (Фейнмановские лекции по физике, том 1).
За каждым утверждением этой «ключевой» фазы — своей специализации наука. Что такое atoms? Как они устроены и как взаимодействуют друг с другом? Поиск ответов на эти вопросы приводят к квантовой физике, а через нее — к пониманию микромира. Какова роль движения atoms и их взаимодействия в формировании свойств вещества? В ответе на этот вопрос — вся макросоппециальная физика и связанные с ней выходы на химию, биологически и другие науки.
Давайте и мы немного проudem по этому пути и попытаемся, исходя из устроства отдельного atomа, попытать природу взаимодействия между различными atomами или молекулами.
Вы знаете («Физика 10», глава 11), что atoms состоит из положительного заряженного ядра и довольно сложным образом движущихся вокруг него отрицательных зарядов — электровов. Это столб привченное в наши дни представление об atomах приело в момент своего появления (в начале XX века) к настоящей катстрофе в классической физике. Дело в том, что в соответствии с классическим представлениями электрон при любом неравномерном движении и, в частности, при врашении вокруг ядра обязательно изучает электромагнитные волны. Энергия его при этом уменьшается, и, в конечном случае, он неизбежно должен упасть на ядро. Это означает, что в рамках классической физики atom вообще существовать не может.
Потребовался радиальный переместор всех наших представлений о мире, чтобы выход из создавшего тупика. В результате была создана квантовая механика, которая, в частности, показала, что электрон в atomе может иметь лишь дискретные значения энергии. Находясь в состоянии с каким-либо значением энергии из этого «разрешенного» набора, электрон не излучает электромагнитные волны. Излучение (или поглощение) энергии проходит лишь при переходе из одного Staционного состояния в другое. Все сказанное относится к молекулам.
Так было «оправдано» существование atomов и молекул.
Тепер естественно задать такой вопрос. Если atoms и молекулы нетральны, то каким же образом они взаимодействуют друг с другом?
Давайте рассмотрим молекулу «поближе». Если центры распределения положительных и отрицательных зарядов внутри нее не совпадают друг с другом, то такой молекул можно представить как небольшую гантельку («Физика 9», § 46). На одном конце ее находится положительный заряд, а на другом — отрицательный. Такие электрические гантельки называют диполями.*)
Когда две диполные молекулы оказываются рядом, каждая из них стремится расположиться так, чтобы положительный конец одной половины к отрицательному концу другой, и наоборот. В результате, несмотря на то, что каждой молекula нейтральна, между молекулами возникнет довольно заметное прияжение. Такое взаимодействие называется диполным. Оно, как мы видели, связано с тем, что у диполных молекул средние расстояния между разномmemеными зарядами немного меньше, чем между одномmemеными. Очевидно, что при удалении молекул друг от друга это разлице в расстояниях уменьшается. В какой-то момент оно становится несущественным, и сила взаимодействия между молекулами обращается в ноль.
Ну, а как бы в тех случаях, когда молекулы «симметрины», т. е. центры распределения положительных и отрицательных зарядов внутри них совпадают?
32
ДЕКАБРЬ
Српичбаза
РАМАНУДЖАН
(родился
22 декабря 1887 года)
МАРТ
Жан Батист Жозеф
ФУРЬЕ
(родился
21 марта 1768 года)
Многогранник —
календарь
(см. с. 28)
ЯНВАРЬ
Николай Егорович
ЖУКОВСКИЙ
(родился
17 января 1847 года).
АПРЕЛЬ
Карл Фридрих
ГАУСС
(родился
30 апреля 1777 года)
ФЕВРАЛЬ
Мстислав Всеволодовиц
КЕЛДЫШ
(родился
10 февраля 1911 года).
МАЙ
Павел Сергеевич
АЛЕКСАНДРОВ
(родился
4 мая 1896 года)
32
33
ИЮНЬ
Александр Михайлович
ЛЯПУНОВ
(родился
6 июня 1857 года)
СЕНТЯБРЬ
Михаил Васильевич
ОСТРОГРАДСКИЙ
(родился
24 сентября 1801 года)
ИЮЛЬ
Фридрих Вильгельм
БЕССЕЛЬ
(родился
22 июня 1784 года)
ОКТЯБРЬ
Эварист
ГАЛУА
(родился
26 октября 1811 года)
АВГУСТ
Нильс Хенрик
АВЕЛЬ
(родился
5 августа 1802 года)
НОЯБРЬ
Михаил Алексеевич
ЛАВРЕНТЬЕВ
(родился
19 ноября 1900 года)
33