Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Предпосылки обоснования дисперсионных межмолекулярных сил в жидкостях

Электроны в атомах и молекулах можно уподобить колеблющимся около ядра частицам - осцилляторам, или по другому - можно представить себе, что распределение электронной плотности по разные стороны, например, у ядра атома водорода постоянно меняется с определенной частотой (при сохранении полного заряда). Если мы имеем атом с несколькими электронными орбиталями, то эти электронные плотности каждой орбитали по разные стороны ядра меняются с разными для данного атома собственными частотами. При сближении двух подобных осцилляторов возникает чисто квантовомеханический эффект. Если какие-то частоты, в основном внешних электронных орбиталей, оказываются близкими к друг другу или просто резонансно совпадают, то эти два атома объединяются в систему: то ли молекулу (сильные химические, ковалентные связи), либо создают сильную водородную связь (межмолекулярная связь в жидкостях или в некоторых органических соединениях) или слабую водородную связь (силы ВДВ, слабые электростатические силы).

Дисперсионные силы взаимодействия между атомами и молекулами действительно являются универсальными, позволяющими рассчитать энергию связи практически всех кристаллических веществ, если для них известны частоты собственных резонансных колебаний атомов и расстояния между атомами. Следует ожидать, что и для жидкостей существует зависимость, описывающая энергию связи между молекулами в виде подобных формул. В этом случае частота «нулевых» колебаний v осцилляторов определяется колебаниями молекул, находящейся в узлах жидкокристаллической структуры в период ее существования между моментами времени, когда рвутся межмолекулярные связи. Здесь предполагается на основании общепринятой в настоящее время теории структуры жидкости, что молекулы связаны между собой не постоянно, как в твердом теле, а эти связи существуют только определенный период времени, затем они рвутся, молекулы перескакивают (разворачиваются, смещаются) в другое соседнее место и снова образуют связи. Между прочим, эта теория очень хорошо согласуется с поведением свободных осцилляторов, когда математический анализ такой системы из нескольких осцилляторов показывает их непрерывное движение и способность образовывать сложные структуры, причем сильное влияние оказывает фактор резонансных частот, что еще раз подтверждает влияние дисперсионных связей как основных сил взаимодействия.

Для большинства жидкостей, к сожалению, не определены ни основные частоты либрационных колебаний молекул, ни характеристики жидкокристаллических структур. Кроме того молекулы у них многоатомные и подобные простые формулы для расчета дисперсионных сил взаимодействия непригодны. Единственным исключением, наверное, является чистая жидкая вода, для которой имеются экспериментальные данные параметров.

В случае жидкости эта энергия связи будет приводить к сжатию молекулы, то есть ее деформации (изменению полярного угла и среднего расстояния между атомами). В этом случае, поскольку величина энергии (определяемая именно энтальпией испарения) существенно меньше, чем энергия диссоциации и ионизации, то следует ожидать, что такая ситуация должна привести к колебательно-вращательному возбуждению молекул. Вероятность таких процессов будет существенно возрастать, если значения энтальпии испарения жидкости близки к величинам нижних энергетических колебательных уровней молекулы данного вещества, из которых состоит жидкость. Таким образом, будет существовать вероятность колебательного возбуждения молекул в жидкости. Для примера в таблице 1. приведены характеристики некоторых жидкостей, состоящих из трехатомных молекул. Видно, что для этих жидкостей первые энергетические уровни молекул симметричной, асимметричной и деформационной колебательных мод близки или меньше энтальпии испарения (энергии связи). В связи с законом распределения всех видов энергии в системе взаимосвязанных частиц по всем степеням свободы молекул (в случае жидкой воды это поступательные, колебательные и вращательные) они могут быть заселены, что приведет к колебательно-вращательному возбуждению молекул воды.

Экспериментальным подтверждением этого факта являются многочисленные спектроскопические данные поглощения излучений от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона в жидкостях, в которых максимум распределения длин волн сдвигается в сторону коротких, чем те, которые характерны для первых колебательных уровней молекул в газовом состоянии. Вследствие энгармонизма колебательных уровней, присущего всем многоатомным молекулам, можно предположить, что благодаря энергии сжатия (деформации) молекул имеется некоторое распределение населенностей по колебательным уровням, и поэтому молекулы будут осуществлять поглощение (излучение) не только в низкочастотном инфракрасном диапазоне длин волн, но и в высокочастотном вплоть до ультрафиолетовой области. Более подробно и доказательно все выше изложенные предположения будут показаны на примере жидкой воды в последующих главах.

 

Друзья! FSHQ довольно молодой ресурс, мы группа создателей сайта имеем общее увлечение всей нашей жизни в лице этого проекта, мы пытаемся нести пользу людям. Мы не хотим, и не будем заваливать весь проект огромным количеством рекламы для того чтобы была финансовая возможность строить этот ресурс, потому мы решили обратиться к нашим читателям с просьбой поддержать наш проект, всего 5 рублей, большего не просим. Надеемся, что данная сумма не станет большой потерей для бюджета наших посетителей, эта помощь будет просто неоценима, для проекта это жизнь, а вместе с ним живем и работаем мы. Это очень важно для нас. Спасибо! VISA - 4276020013209090; WebMoney - R256677704329; Z164891118384;

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика