Силы межмолекулярного взаимодействия в газах

Поведение молекул реальных газов отлично от поведения молекул газа. В реальных газах молекулы взаимодействуют друг с другом. Между молекулами одновременно существуют силы взаимного притяжения и силы взаимного отталкивания.

Различают три типа сил взаимного притяжения молекул: ориентационные, индукционные и дисперсионные. Все они имеют электрическую природу. Ориентационные силы притяжения действуют между полярными молекулами, индукционные - между полярной и неполярной молекулами, а дисперсионные - между неполярными молекулами, а также между любыми другими парами молекул.

Силы взаимного отталкивания молекул проявляются на очень малых расстояниях, когда перекрываются электронные оболочки молекул. Существование этих сил объясняется в квантовой механике на основании принципа Паули.

Силы межмолекулярного взаимодействия в сильной степени зависят от растояния между молекулами. Рассмотрим две молекулы газа. Одну из них будем условно считать неподвижной. Поместим её в точку , являющейся началом декартовых координат. Положение другой движущейся молекулы будем задавать с помощью радиуса - вектора , проведенного из точки . На движущуюся молекулу со стороны неподвижной молекулы будут действовать одновременно две силы: сила отталкивания и сила притяжения , причем

 

, (27. 1)

 

где и - проекции сил и на направление радиус - вектора - единичный вектор радиуса - вектора .

Проекции сил и зависят от расстояния между взаимодействующими молекулами. Расчет дает

 

(27. 2)

 

(27.3)

где и - постоянные положительные коэффициенты, зависящие от химического состава молекул газа.

Результирующая сила межмолекулярного взаимодействия

 

 

где

 

(27. 4)

- проекция силы на направление радиуса - вектора .

Изобразим графически зависимости (27. 2) - (27. 4) (рис 27. 1)

 

Рис. 27. 1

 

Из рис 27. 1 видно, что при силы и взаимно уравновешиваются и результирующая сила . Если , то преобладают силы взаимного притяжения, если - преобладают силы отталкивания. Таким образом, - это то равновесие расстояние между молекулами, на котором они находились бы при отсутствии теплового движения, нарушающего это равновесие.