Потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия в реальных газах

В модели идеального газа предполагалось, что его молекулы не взаимодействуют между собой, т.е. потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия равна нулю. В реальных газах эту энергию необходимо учесть.

Экспериментально и теоретически установлено, что на малых расстояниях молекулы отталкиваются друг от друга (). Причиной отталкивания является кулоновское взаимодействие электронных оболочек, которое быстро убывает с расстоянием (~1/r¹²) – рис. 10.1, а. На больших расстояниях между молекулами действует притяжение (), которое обусловлено дипольным взаимодействием (см. подраздел 14.3) и так называемыми дисперсионными силами и убывает ~1/r^-6 (рис. 10.1, б). Результирующая зависимость показана на рис. 10.1,в сплошной линией. Используя далее формулу (3.18), можно найти зависимость силы межмолекулярного взаимодействия от расстояния между молекулами (рис. 10.1, г).

Как видно из рис. 10.1, в и 10.1, г, при некотором расстоянии r = r₀ потенциальная энергия минимальна, а F = 0. это расстояние соответствует состоянию устойчивого равновесия между молекулами. Однако глубина потенциальной ямы W_min для газового состояния много меньше энергии хаотического теплового движения молекул, поэтому устойчивых молекулярных пар в газе не образуется (при более низких температурах такое расположение молекул образуется для более упорядоченных конденсированных состояний – жидкого и твердого).