Дальнейшее сближение - атом
Cтраница 3
Для того чтобы лучше разобрать соотношения сил притяжения и отталкивания, разберем рис. 28, на котором изображен неподвижный атом А, к которому атом В приближается по прямой В А. Начиная с точки, лежащей на расстоянии - 5 А, делаются слегка заметными силы взаимного отталкивания ( - f) между электронными оболочками обоих атомов. Эти силы при дальнейшем сближении атомов сначала очень медленно возрастают, а при достижении расстояния около 4 А к ним начинают постепенно добавляться силы взаимного притяжения ( f) атомов, зависящие от возникающего взаимодействия электронов одного атома с ядром другого. На расстоянии около 3 А силы отталкивания и притяжения делаются равными, так как силы притяжения увеличиваются в интервале расстояний от 4 до 1 5 А быстрее сил отталкивания. [31]
При сближении двух атомов вращающиеся электроны, расположенные в наружных частях электронной оболочки атомов, сближаются настолько, что нарушается их первоначальное расположение и движение. Электрические силы отталкивания, действующие менаду электронами, а также и энергия их движения обусловливают сопротивление такому изменению строения атомов, что и служит причиной появления мощных сил отталкивания между атомами, электронные оболочки которых сближаются. Быстрый рост этих сил с дальнейшим сближением атомов позволяет в первом грубом приближении считать электронные оболочки как бы несжимаемыми и приписывать атомам любого вещества некоторые радиусы, определяющие те наименьшие расстояния, на которые могут сблизиться два соседних атома. [32]
 |
Потенциальные кривые для системы из атомов А и В. [33] |
Рассмотрим, как будет изменяться энергия системы при сближении атомов, причем условно примем, что атом А неподвижен и атомы сближаются только за счет перемещения вдоль оси атома В. Рассмотрим сначала ход потенциальной кривой ВС. В этом случае, начиная с расстояния ab, на котором между атомами возникает взаимодействие, при дальнейшем сближении атомов энергия системы непрерывно повышается в соответствии с кривой ВС. [34]
 |
Колебание молекулы. [35] |
Валентная связь означает взаимное притяжение атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков. Но атомы притягиваются не безгранично: они ведь не сливаются друг с другом. Атомные ядра валентно связанных атомов устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга - на равновесном расстоянии. При дальнейшем сближении атомов в игру вступают силы отталкивания: нельзя втиснуть одно электронное облако в другое больше определенной степени перекрывания. Следовательно, равновесное расстояние между атомами есть то расстояние, на котором силы притяжения уравновешены силами отталкивания. [36]
Эта кривая описывает все детали взаимодействия между атомами. Для находящихся на больших расстояниях атомов преобладает сила притяжения, причем эта сила быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними. При сближении атомов крутизна графика ( наклон касательной) увеличивается, что говорит о возрастании силы притяжения атомов. При дальнейшем сближении атомов сила притяжения начинает убывать и обращается в нуль при некотором значении г0 расстояния между ними. В этой точке потенциальная энергия имеет минимум. [37]
Как изменяется энергия системы из двух атомов водорода с того момента, когда между ними начинается самопроизвольное сближение. При какой ориентации спинов возможен этот процесс, какие силы действуют при этом между атомами и какие из них преобладают. Каким межъядерным расстоянием и какой энергией характеризуется конечное состояние системы. Почему становится невозможным дальнейшее сближение атомов. [38]
Возникает система, в которой два ядра взаимодействуют с двумя электронами. В этой системе электронная плотность неравномерна, она максимальна в области, лежащей между двумя ядрами. Взаимодействие двух ядер с двумя электронами приводит к выделению энергии, поэтому общая энергия системы понижается и система становится более устойчивой. Система имеет минимальную энергию при некотором расстоянии между атомами, при дальнейшем сближении атомов энергия системы снова возрастает вследствие увеличения сил отталкивания между ядрами. [39]
Рассмотрим эти вопросы по порядку. Характер молекулярной шероховатости определяется, естественно, формой атомов и их взаимным расположением. Доказано, что представление об атомах как о шариках определенного радиуса является лишь некоторым приближением. Однако возможность такого приближения зависит от того, что на близких расстояниях между центрами атомов появляются силы отталкивания, которые чрезвычайно быстро возрастают по мере дальнейшего сближения атомов. Эти силы отталкивания объясняются тем. [40]
 |
Схема сил притяжения.| Кривая энергии. [41] |
На рис. 23 представлены результаты квантовомеха-нического расчета сил притяжения ( - /) и отталкивания ( /) между двумя атомами водорода с антипараллельными спинами электронов при их сближен... К неподвижному атому А по прямой ВА приближается атом В. Кривая / показывает нарастание сил притяжения при сокращении межъядерного расстояния, кривая / / - нарастание сил отталкивания, кривая / / / - результирующая. Когда атом В попадает в положение В, то сила притяжения его к атому А уравновешивается силой отталкивания ( DB B C), кривая / / / пересекает нулевую ось. Попытка дальнейшего сближения атомов встречает сопротивление резко возрастающих сил отталкивания. Равенству сил притяжения и отталкивания соответствует минимальная энергия системы, а следовательно, и наиболее устойчивое ее состояние. [42]
 |
Зависимость полной энергии Е от межъядерного расстояния d между произвольными атомами. [43] |
За начало координат примем ядро одного из атомов и представим, что ядро второго атома приближается к нему по оси абсцисс. Пусть силы притяжения становятся заметными, когда ядро второго атома оказывается в точке а. Но, начиная с точки Ь, становятся заметными также и силы взаимного отталкивания электронных остовов, препятствующие слиянию атомов. Они постепенно возрастают при дальнейшем сближении атомов и на расстоянии d0 между ядрами уравновешивают силы притяжения. Межъядерное расстояние d0 называется длиной связи. В точке d0 кривая полной энергии Е имеет минимум. Разность энергий, отвечающая минимуму кривой Е - d, называется энергией связи Ет. При дальнейшем сближении атомов преобладающими становятся силы отталкивания, и полная энергия системы Е резко возрастает. [44]
 |
Потенциальная энергия молекулы водорода ( Пунктирные линии передают опытные значения. [45] |
Страницы: 1 2 3 4