Агрегатное состояние вещества

Потенциал парного взаимодействия (Потенциал Леннарда - Джонса).

Лондон заметил, что хотя постоянный электрический дипольный момент нейтральных атомов, как и многих молекул, равен нулю, эти атомы притягиваются друг к другу электрическими силами.

Он указал на то, что нулевые колебания, существующие в силу принципа неопределённости, создают у каждого нейтрального атома флуктуирующий дипольный момент с быстро меняющееся ориентацией и величиной.

Напряжённость поля диполя убывает с расстоянием: E ~ 1/r³.

Т.о. если ядра двух атомов находятся на расстоянии r друг от друга, диполь одного из атомов в каждый момент времени создаёт в точке, где находится др. диполь, мгновенное поле, пропорциональное 1/r³. Тогда потенциальная энергия взаимодействия между диполями, приводящая к притяжению, будет равной: W_прит. =-A/r⁶ (1), A – постоянная пропорциональности.

При уменьшении расстояния между атомами электронные облака начинают перекрываться, что и приводит к отталкиванию атомов друг от друга. Это можно понять исходя из принципа Паули. Следовательно, перекрытие электронных облаков должно привести к переходу некоторых электронов в более высокие квантовые состояния для чего требуется дополнительная энергия. Зависимость энергии отталкивания от рассеяния между атомами можно записать степенным законом: W_отт=B/r¹² (2), B – коэф. пропорциональности.

, (3) – взаимодействие между двумя атомами(потенциал Леннарда – Джонса). Иногда потенциальную энергию взаимодействия атомов записывают в др. виде:(4), где ρ – некоторая характеристическая длина, малая по сравнению с межатомным расстоянием.

В 3-х мерных телах эффекты диполь-дипольного притяжения и отталкивания, обусловленного перекрытием электронных оболочек соседних атомов, складываются так, что полная энергия связи равна и в3-х мерном случае определяется выражением (4).

Любое вещество, в зависимости от внешних условий может находиться в различных агрегатных состояниях: жидкое, твёрдое, газообразное, плазма.

При попадании отдельного атома одного вещества на некоторую поверхность с температурой, меньше температуры кипения данного вещества, атом прилипнет к этой поверхности, т.е. совершит неупругий удар. При одной температуре совокупность атомов будет образовывать жидкость, а при другой – твёрдое состояние. Эти объекты, полученные из атомов, называются конденсатами, а сам процесс – конденсацией. Таким образом, объектами изучения будут жидкости и твёрдые тела. Твёрдые состояния делятся на кристаллические и аморфные тела. В дальнейшем на каждом из этих конкретных состояний остановимся более подробно. Подчеркнём, что основное внимание будет уделено кристаллическим твёрдым телам.