Розглянемо, що відбувається з молекулами, які вдаряються об поверхню. Це важливо, бо на використанні поверхневих явищ грунтуються найпрогресивніші методи відкачування газів.
Почнемо з розгляду деяких властивостей поверхні на атомарному рівні. В більшості твердих тіл атоми розташовані у просторі в певному порядку. Це залежить від типу кристалічної структури тіла. Однак не менш суттєво, що всі атоми, в тому числі і поверхневі, ніколи не перебувають у спокої, а безперервно коливаються відносно своїх рівноважних положень у кристалічній решітці. Як довела квантова механіка, коли б вдалося охолодити тіло до абсолютного нуля, то й за цих умов атоми продовжували б коливатися. Під час пониження температури коливання атомів повністю не затухають, а лише зменшуються до деякої кінцевої величини.
Отже, на атомарному рівні тверде тіло виявляється не таким уже й твердим, а швидще нагадує модель з великої кількості важких кульок — атомів, що зв'язані між собою жорсткими пружинками.
Частота і амплітуда коливань атомів твердого тіла залежать від його температури.
При попаданні молекули на поверхню події в залежності від конкретних умов можуть розвиватися по-різному. Наприклад, молекула зазнає пружних співударів з поверхневим атомом і відразу знову покидає поверхню. Набагато часті¬ше налітаюча молекула «прилипає» до поверхні, або, як кажуть, адсорбується на ній, і продовжує утримуватися в такому стані якийсь час, здійснюючи коливання разом з іншими атомами твердого тіла. Час існування молекули на поверхні може змінюватися в широких межах — до кількох століть і навіть більше. Все залежить від того, які сили зв'язують молекулу з поверхнею, їх фізична природа може бути різною.
По-перше, всі атоми незалежно від їх хімічних властивостей притягуються один до одного так званими силами Ван дер Ваальса. Ці сили, як пояснює квантова механіка, виникають внаслідок того, що електронна оболонка будь-якого атома здатна швидко деформуватися, і при цьому атом уподібнюється диполю, тобто системі близько розташованих позитивного і негативного зарядів. Диполь створює навколо себе електричне поле, яке діє на електронну оболонку сусіднього атома, а та, в свою чергу, зворотно впливає на перший атом. Таким чином, електрони кожного атома «відчувають» наявність сусідів і дещо змінюють свій рух, а це означає, що між атомами існує деяка взаємодія. Енергія останньої звичайно дуже мала. Так, саме силами Ван дер Ваальса зв'язуються атоми, наприклад у зріджених газах — кисні, азоті, неоні і т. д. Відомо, що температури їх кипіння дуже низькі (для гелію — 4,2° К, для інших зріджених газів — декілька десятків градусів Кельвіна). Це і свідчить про слабкість сил притягання між атомами і молекулами. Тому утримуватись такими силами на поверхні твердого тіла атоми і молекули газу можуть також лише при понижених температурах.
Сили Ван дер Ваальса, хоча і виникають між атомами будь-яких елементів, є найслабкішими серед міжатомних сил. Незрівнянно потужніші так звані обмінні сили. їх відмітною рисою е те, що вони можуть діяти не між будь-якими атомами, а лише між атомами з певними хімічними властивостями, а саме: електронні оболонки атомів повинні бути такими, щоб на них «було місце» для приймання зайвих електронів. Такі атоми при наближенні починають активно обмінюватись електронами, внаслідок чого і виникає обмінна сила. Це, наближено, результат притягання позитивно заряджених ядер до негативного згустка електронів, що утворюється між ними. Крім цього, коли взаємодіють атоми різної природи, один з них може притягувати до себе частину електронної хмарки свого партнера. Таким чином, один з них стає в цілому позитивним, сили притягання між ними роблять внесок в енергію хімічного зв'язку. Взагалі при наявності обміну електронів між атомами енергія зв'язку виявляється в 10—50 разів більшою, ніж при дії лише Ван дер Ваальсових сил.
Були використані роботи А.Г.Наумовця, академіка НАН України
Комментариев нет:
Отправить комментарий