А В

в = -7+

где в - потенциальная энергия взаимодействия между молекулами; А -константа притяжения; В - константа отталкивания; г - расстояние между молекулами.

На рис. 29 это выражается кривой, имеющей минимум внизу, так называемую потенциальную яму, когда притяжение и отталкивание взаимно выравниваются. Равновесное расстояние между молекулами определяет так называемые ван-дер-ваальсовы размеры молекул. Оно равно двум радиусам взаимодействующих молекул, т.е. две молекулы, сближаясь на рассто-

Рис. 29. Диаграмма изменения потенциальной энергии (Р) и силы межмолекулярного взаимодействия (Б) в зависимости от расстояния г между молекулами; г0 - равновесное расстояние между молекулами, равное сумме ван-дер-ваальсовых радиусов молекул (г0 = ^ + г2), где энергия взаимодействия минимальна, а сила взаимодействия равна нулю

яние ван-дер-ваальсовых размеров попадают, образно говоря, в капкан: сблизиться дальше им не позволяют упруго сжимающиеся электронные оболочки атомов, а удалению препятствуют ван-дер-ваальсовы силы

87

притяжения. И только собственная кинетическая энергия движения молекул разрывает этот капкан в газах и они разлетаются, преодолевая силу притяжения. Но если кинетическая энергия движения молекул газа мала, например, при температурах меньше критических, или внешнее давление заставляет молекулы сближаться за счет большего сжатия в сосуде, то тепловое движение молекул происходит большей частью в поле действия этих межмолекулярных сил, как бы в среднем около равновесного расстояния между ними. В результате этого газы превращаются в жидкости или твердые тела, так как молекулы за счет внешних сил или малой кинетической энергии оказались запертыми в капкане энергетических сил межмолекулярного взаимодействия.

В жидкости тепловое движение молекул осуществляется иначе, чем в газах. Молекулы в них могут совершать малые колебания в пределах, ограниченных межмолекулярными силами. Однако время от времени колеблющиеся молекулы в результате флюктуации могут получать от соседних молекул избыточную энергию, достаточную для того, чтобы совершить скачок на некоторое расстояние. В новом месте частица проведет некоторое время, совершая колебания, пока снова не получит в результате флюктуаций нужную энергию и не совершит скачок. В этом и заключается сущность теплового движения молекул в жидкости.

Сейчас рассмотрим, как ведут себя молекулы жидкости в поверхностном слое у стенки сосуда. Если молекулы находятся на удалении от этого слоя, то их флюктуационные скачки одинаковы по длине во все стороны и они хаотически могут блуждать равновероятно во все стороны. Но когда молекулы приближаются к стенке на расстояние меньшее длины одного скачка, то эта молекула способна совершить в направлении к стенке более короткий скачок, чем в обратном направлении (см. рис. 28, г). Значит, она будет относительно меньше времени задерживаться у стенки и, наоборот, больше времени проводить в стороне более длинного скачка от нее. Следовательно, молекула стремится удалиться от стенки на расстояние, большее длины одного скачка, где она находится в равновесном состоянии. Вспомним приведенную выше ситуацию в игре с водящим, который, оказавшись вблизи цепочки игроков, стремится скорее отойти от нее в наиболее устойчивую позицию. В данном случае для каждой молекулы стенка служит преградой, заставляющей ее отталкиваться и удаляться от нее.