Силы взаимодействия в твердом теле. Силы Ван-дер-Вальса

Теплоемкость твердых тел.

Температура Дебая — температура, ниже которой молярная теплоемкость изменяется, выше которой теплоемкость не изменяется С=3R.

Теплоемкость твердого тела должна существенно уменьшаться при понижении температуры кристалла ниже его характеристической (дебаевской) температуры.

Температура Дебая была получена из квантовомеханических представлений.

Температура Дебая определяется следующей формулой:

где h — постоянная Планка, — максимальная частота колебаний атомов твёрдого тела, k —постоянная Больцмана.

Силы взаимодействия в твердом теле. Силы Ван-дер-Вальса

Основу ван-дер-вальсовых сил составляют кулоновские силы взаимодействия между электронами и ядрами одной молекулы и ядрами и электронами другой. На определенном расстоянии между молекулами силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга, и образуется устойчивая система. Энергия ван-дер-ваальсовской связи низка, все структуры, ею обусловленные, мало устойчивы, имеют низкие точки плавления. Ориентационное взаимодействие. Взаимодействие между полярными молекулами, т. е. молекулами с постоянными дипольными моментами. При низких температурах дипольные моменты молекул ориентируются.

Силы взаимодействия между двумя диполями можно вычислить с помощью закона Кулона. Эти силы зависят от ориентации диполей, поэтому они ориентационные.

Для взаимодействия двух диполей энергия притяжения между ними (энергия Кеезома).

Притяжение диполь-диполь может осуществляться только тогда, когда энергия притяжения превышает тепловую энергию молекул; обычно это имеет место в твердых и жидких веществах. Диполь-дипольное взаимодействие проявляется в полярных жидкостях (вода, фтороводород).

Индукционное взаимодействие

Проявляется у полярных молекул и может возникать наведенный электрический момент под действием соседних молекул. Этот вид сил проявляется у молекул характеризующихся высокой поляризуемостью.(свойство вещества приобретать электрич. или дипольный момент).

Энергия притяжения между постоянным и наведенным диполем (энергия Дебая).

Притяжение постоянного и наведенного диполей обычно очень слабое, поскольку поляризуемость молекул большинства веществ невелика. Оно действует только на очень малых расстояниях между диполями. Этот вид взаимодействия проявляется главным образом в растворах полярных соединений в неполярных растворителях.

Дисперсионное взаимодействие

Возникает между молекулами с насыщенной химической связью (О2,Н2,N2). Эти молекулы не обладают дипольным моментом. При сближении атомов устанавливается кореляция (согласование) мгновенных дипольных моментов соседних атомов, что приводит к возникновению сил взаимодействия. Природа этих сил электростатическая.

Эти связи очень слабые - самые слабые из всех межмолекулярных взаимодействий. Однако они являются наиболее универсальными, так как возникают между любыми молекулами.

Ионная связь обусловлена тем, что образуя химическую связь атом отдает свои валентные электроны или принимает. Затем эти электроны взаимодействуют по закону Кулона.

Ковалентная связь возникает между однородными атомами. Ковалентная связь возникает за счет обмена двух атомов. Общая электронная оболочка связывает между собой ионы.

Анизотропия

зависимость различных свойств от направления в кристалле. Причиной анизотропии кристаллов является упорядоченное расположение частиц, из которых они построены.

Анизотропия кристаллов часто не проявляются по той причине, что кристаллические тела обычно встречаются в виде поликристаллов, состоящих из множества беспорядочно ориентированных кристаллов, размером около 10–4 м. В поликристаллах анизотропия наблюдается только в пределах одного кристалла, твердое тело из-за беспорядочно ориентированных кристаллитов анизотропии не обнаруживает. При создании специальных условий кристаллизации можно получить большие одиночные кристаллы – монокристаллы — твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку. Кристаллическая структура монокристаллов обнаруживается по их внешней форме. (рис. 1.1).

Дефекты в кристаллах

Существует две возможности образования дефектов в решетке за счет перемещения частиц из ее узлов.

Атом или ион может переместиться из узла решетки, оставляя там вакансию, в междоузлие, удаленное от узла на некоторое расстояние. Такой дефект в виде пары вакансия — междоузельный атом (ион) называется дефектом по Френкелю.

Если атом (ион) покидает узел решетки, оставляя в нем вакансию, и уходит за пределы решетки на поверхность кристалла, достраи­вая ее, то в решетке остаются только вакансии. Такой тип дефекта в виде незанятых (вакантных) узлов решетки называется дефек­том по Шоттки (вакансии).

Date: 2016-11-17; view: 420; Нарушение авторских прав