Межмолекулярного взаимодействия

ческий фильтр, состоящий из отрезков коаксиального кабеля, для селекции сигналов в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. КОАЛЕСЦЕНЦИЯ (от лат. coalesce -срастаюсь, соединяюсь) - слияние мельчайших объёмов в-ва, сопровождающееся уменьшением свободной энергии. К. в жидких и газовых средах наблюдается при соприкосновении капель или пузырьков газа под действием сил межмолекулярного притяжения. В твёрдых телах при нагреве может происходить К. частиц (напр., упрочняющих фаз) за счёт уменьшения протяжённости межфазных границ. К. происходит при выпадении атм. осадков в виде дождя и росы, разрушении пен и эмульсий, нанесении лакокрасочных покрытий методом распыления и т.д. КОБАЛЬТ [от нем. Kobold - домовой, гном (мифич. существо, к-рое, по мнению средневековых металлургов, мешало выплавке металлов из руд)] -хим. элемент, символ Со (лат. Cobal-tum), ат. н. 27, ат. м. 58,9332. Тяжёлый серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым отливом; плотн. 8900 кг/м3, /пл 1494 "С. К. - ферромагнетик, причём сохраняет ферромагн. св-ва от низких темп-р до 1121 "С (точка Кюри). В основном (ок. 65%) К. используют как компонент твёрдых, жаропрочных, магнитных и др. сплавов (см. Стеллит, Ковар, Викаллой, Пермендюр). Соединения К. (алюминаты, фосфа-

Установлено, что трение твердых тел имеет молекулярно-меха-ническую природу. На участках фактического контакта поверхностей, как показано в главе 1, действуют силы межмолекулярного притяжения, которые проявляются на расстояниях, в десятки раз превышающих межатомное расстояние в кристаллических решетках. При отсутствии либо наличии промежуточной вязкой прослойки (влага, загрязнение и т.п.) между контактирующими поверхностями молекулярные силы вызывают адгезию на площадках фактического контакта и поверхности как бы "прилипают" друг к другу. Строго говоря, адгезия имеет сложную природу. Поэтому наряду с молекулярной теорией существует несколько других теорий адгезии.

ГАЗ (франц. gaz, от греч. chaos — хаос) — одно из агрегатных состояний вещества, в к-ром его частицы не связаны между собой молекулярными силами притяжения и хаотически движутся, заполняя весь возможный объём. При обычных давлениях и темп-pax среднее расстояние между молекулами в Г. примерно в 10 раз больше, чем в жидкостях и твёрдых телах, поэтому плотность Г. значительно меньше их плотности. При обычных темп-рах Г.— хорошие диэлектрики, т. к. их атомы и молекулы электрически нейтральны (см. также Электрический разряд в газе). При достаточно малой плотности реальный Г. можно практически считать идеальным газом (напр., воздух при норм, давлении и темп-ре). Связь между давлением, объёмом и темп-рой идеального Г. выражается Клапейрона уравнением. Более точно состояние реального Г., с учётом собств. объёма молекул и влияния сил межмолекулярного притяжения, выражается Ван-дер-Ваальса уравнением.

Устойчивость кристаллич. структуры обусловливается связью между частицами К., в зависимости от типа к-рой различают К.: атомные — с кова-лентной связью (напр., К. алмаза, кремния, германия и др.); ионные — с ионной связью (напр., К. галогенидов, окислов металлов, сульфидов, карбидов и др.); металлические, в к-рых связь между положит, ионами металла осуществляется электронами проводимости, образующими в металле т. н. электронный газ (напр., К. меди, алюминия, натрия и др.); молекулярные, прочность к-рых обусловлена слабыми силами (т. н. ван-дер-ваальсовы силы) межмолекулярного притяжения (напр., К. инертных газов, мн. орга-нич. соединений и др.). Особую группу молекулярных К. составляют К. с водородными связями (напр., К. льда, фтористого водорода и др.). В реальных К. строгая периодичность в расположении частиц нарушается вследствие их тепловых колебаний, а также из-за различных дефектов в кристаллах. Специфичность структуры К. обусловливает особенности их механич., электрич., магнитных, оптич. и др. св-в (см. Анизотропия, Зонная теория, Полупрововники). Одиночный К., частицы к-рого расположены единообразно по всему его объёму, наз. монокристаллом, в отличие от поликристалла, состоящего из отд. кристаллич. зёрен, ориентированных произвольно одно относительно другого. Монокристаллы могут иметь правильную огранку (в форме естеств. многогранников); анизотропны по механич., электрич. и др. физ. св-вам. Металлы и сплавы, применяемые в технике, обычно имеют поликристаллич. структуру, их механич. св-ва могут изменяться путём механич. и термич. обработки.

Как известно, сила всемирного тяготения, "действующая между любыми материальными частицами, так же как и сила притяжения разноименных электрических зарядов, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (предполагается, что размеры соответствующих частиц малы по сравнению с расстояниями между ними, так как иначе понятие расстояния между телами теряет определенный смысл). В отличие от этого, силы межмолекулярного притяжения в наиболее типичных случаях убывают обратно пропорционально седьмой и даже (при больших расстояниях) восьмой степени расстояния. Так, при увеличении расстояния в два (или три) раза силы всемирного тяготения уменьшаются в четыре (или девять) раз, силы же молекулярного притяжения уменьшаются в 128 (2187) или 256 (6561) раз.

Таким образом, закон Амонтона должен оправдываться строго в тех случаях, когда силы межмолекулярного притяжения, действующие между обоими скользящими телами, можно не принимать в расчет — результат, полностью совпадающий с выводом, который мы раньше сделали из ряда экспериментов. Было показано, напомним, что в тех случаях, когда силы молекулярного притяжения становятся заметными, наступают отклонения от закона Амонтона.

валентные связи), соединяющие атомы в молекулы, и силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Последние почти в сто раз меньше сил главных валентностей. Из фиг. II. 1 видно, что размеры молекулы не влияют на величину сил главных валентностей, а силы Ван-дер-Ваальса суммируются. Прочность линейной молекулы равняется прочности самого слабого ее звена, поэтому силы Ван-дер-Ваальса определяют прочность вещества до тех пор, пока их равнодействующая остается меньше сил химических валентных связей. В том случае, когда в полимере межмолекулярные силы (при определенной степени полимеризации) превысят силы главных валентностей, наступит дальнейшее улучшение его механических свойств, так как разрыв будет происходить по главной валентной связи, имеющей постоянное значение.

Впервые в работах В. Л. Кяргина, Л. И. Китайгородского и Г. Л. Слонимского (1957 г.) показано, что макромолекулы в im лимерах расположены не хаотично, а имеют упорядоченное взаимное расположение. Структуры, возникающие в результате различной укладки молекул, называют надмолекулярными. Упорядоченность в структурообразовании определяется гибкостью линейных и разветвленных макромолекул, способностью их менять форму, перемещаться по частям; большое влияние оказывают жесткость цепи и силы межмолекулярного притяжения. Впоследствии эти представления получили дальнейшее развитие. Однако вопрос о надмолекулярных структурах в ям"рф?тых полимерах окончательно не сформулирован.

дер-ваальсовы силы межмолекулярного притяжения. Однако,

Адгезия (от лат. adhaesio - притяжение, сцепление, прилипание) -явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных . . Адгезия зависит от природы контактирующих (раз, свойств их поверхностей и площади контакта. Адгезия определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или два тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров. Частный случай адгезии - аутогезия или когезия (для жидкости), реализуемая при молекулярном контакте двух одинаковых по составу и строению объектов.

Под полным или молекулярным контактом понимается сближение дублируемых поверхностей иао расстояние действия сил межмолекулярного притяжения (3—5 А). Контакт между поверх-

Внутренняя энергия системы есть сумма всей кинетической и потенциальной энергии частиц. Жидкостям и аморфным телам свойствен лишь ближний порядок, а газы имеют беспорядочное расположение частиц при максимальной внутренней энергии системы. Состояние вещества зависит от температуры Т и значения сил межмолекулярного взаимодействия. Энергия теплового движения или так называемая энергетическая температура частиц равна kT. При высоких температурах значение kT превосходит энергию взаимодействия молекул и вещество может быть только газом. Напротив, в кристалле частицы связаны сильно и энергия взаимодействия много больше kT.

Рассмотрим так называемый идеальный раствор, в котором можно пренебречь силами межмолекулярного взаимодействия. В этом случае общая упругость пара над раствором будет равна сумме парциальных упругостей пара всех отдельных компонентов раствора:

Если учесть силы межмолекулярного взаимодействия между испаряющимися молекулами компонентов, то может быть два случая:

Задача о диффузии в газовой среде решается методами кинетической теории газов, так как в этом случае не требуется особой энергии активации для проникновения одного газа в другой. Если диффузия происходит в конденсированных фазах (жидкая, твердая), то в этом случае для перемещения частиц диффузанта требуется энергия активации, так как в жидкости и в кристалле частицы между собой связаны значительной энергией межатомного или межмолекулярного взаимодействия, находясь на малых расстояниях друг от друга. Скорость диффузии в этом случае будет значительно меньше.

Рассмотрим кратко механизм объемной прочности полимеров. Разрушению в полимерах предшествует значительная вязкотекучая деформация в окрестностях трещины, сопровождающаяся рассеянием энергии упругой деформации. Сложность оценки прочности полимеров состоит в том, что они могут находиться в нескольких физических состояниях, которые существенно отличаются по механическим свойствам и механизмам разрушения. Наличие в полимерах двух резко различающихся типов взаимодействия между атомами: больших химических сил (связей), действующих вдоль цепных макромолекул, и малых сил (слабых связей) межмолекулярного взаимодействия - определяет возникновение неоднородности распределения механических напряжений в изотропных полимерах.

кой системы. Пленка фрикционного переноса, в свою очередь, находится в состоянии фрикционного взаимодействия с полимерным телом, при этом в результате значительного их сближения под действием внешних нагрузок до расстояния, характерного для межмолекулярного взаимодействия, на границе раздела этих фаз также реализуются процессы энерго- и массопереноса. Этому способствуют образующиеся на взаимодействующих поверхностях под влиянием повышенных температур высокоподвижные диссипативные трибоструктуры полимера (типа термотропных жидкокристаллических структур). В этих условиях трение происходит по межфазной границе двух полимерных фаз одной системы, близких друг другу по составу и свойствам (это показано рентгеноструктурным исследованием поверхностных слоев). Поэтому изменение характеристик термодинамических процессов и свойств системы происходит здесь монотонно, и система может быть описана непрерывными функциями состояния. Следует добавить, что изнашивание в трибосистеме, т.е. разрушение материала, сосредоточивается на этой же межфазной границе, поскольку частицы износа образуются из частиц износа полимерной пленки фрикционного переноса и полимерной детали. В результате фрикционного взаимодействия, повышения температуры, термодеструкции и изнашивания полимерных фаз на межфазной границе создается источник термодинамических потоков энергии и вещества, диссипация которых окружающей средой делает трибосистему открытой. Это обстоятельство позволяет использовать для анализа и описания системы законы и математический аппарат неравновесной термодинамики.

в осн. определяется силами межмолекулярного взаимодействия и увеличивается е понижением темп-ры. Величину 1/т] наз. текучестью, a v = TI/P, где р — плотность, — кинемати- ' ческой В. В Международной системе единиц (СИ) ц измеряют в Па-с, a v — в м2/с. В системе СГС т) измеряют в П (пуазах), a v — в Ст (стансах).

ДЖОУЛЯ — ТбМСОНА ЭФФЕКТ [по имени англ, физиков Дж. П. Джоуля и У. Томсона (лорда Кельвина)] , дроссель-эффект, — изменение темп-ры газа при его адиабатическом дросселировании, т. е. понижении давления газа при его протекании через пористую перегородку, диафрагму или вентиль без теплообмена с окружающей средой. Д.— Т. э. наз. положительным, если темп-pa газа при адиабатич. дросселировании понижается, и отрицательным, если она повышается. Д.— Т. в. обусловлен силами межмолекулярного взаимодействия и равен нулю для идеальных газов. Положит. Д.— Т. э. используют в технике для получения низких темп-р и сжижения газов.

ЖИДКОСТИ — вещества в конденсированном агрегатном состоянии, промежуточном между твёрдым и газообразным. Вещество находится в состоянии Ж. при давлениях, ббльших давления в тройной точке, и при темп-pax, заключённых в интервале от температуры кристаллизации до температуры кипения. Различие между жидким и газообразным состояниями вещества исчезает в критическом состоянии. Ж., подобно твёрдым телам, обладают малой сжимаемостью и большой плотностью и в то же время, подобно газам, не обладают упругостью формы и легко текут. В Ж. ср. расстояние между молекулами — порядка размеров самих молекул (~0,1 нм = 10~10 м), и силы межмолекулярного взаимодействия весьма значительны. Этим, напр., объясняются особые св-ва поверхностного слоя Ж. (см. Поверхностное натяжение). В отличие от «дальнего порядка» в расположении частиц твёрдого тела по узлам кристаллич. решётки, в Ж. наблюдается «ближний порядок»: в среднем для каждой молекулы Ж. число ближайших соседей и их взаимное расположение одинаковы. Подобно частицам твёрдого тела, молекулы Ж. совершают тепловые колебания ок. нек-рых положений равновесия. Однако если в твёрдых телах эти положения равновесия неизменны, то в Ж. они время от времени изменяются: по истечении нек-рого времени т молекула Ж. перескакивает в новое положение равновесия, перемещаясь на расстояние порядка ср. расстояния между молекулами Ж. Эти перескоки молекул Ж. обусловливают её текучесть. Среднее значение т, наз. средним временем «оседлой жизни» молекул, зависит от природы жидкости и очень быстро уменьшается с увеличением темп-ры: <^ г ^> — т„ exp(W/kT), где т0~10~12с, k — Волъцмана постоянная, Т — абсолютная температура, W —энергия активации перехода молекулы из одного положения равновесия в соседнее. Для маловязких Ж. *С ^ ~> ^ ~ 10-" с.

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ — явления, вызываемые влиянием сил межмолекулярного взаимодействия на равновесие и движение свободной поверхности жидкости, поверхности раздела несмешивающихся жидкостей и границ жидкостей с твёрдыми телами. Наиболее распространённый пример К. я.— поднятие или опускание жидкости в узких трубках (капиллярах) и в пористых средах, обусловливающие, напр., миграцию воды в почве. Эти

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ жидкости — хар-ка сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, численно равная работе, к-рую нужно затратить для того, чтобы при пост, темп-ре увеличить на единицу площадь поверхности раздела жидкости и её насыщ. пара (перевести соответствующее число молекул жидкости из объёма в поверхностный слой раздела фаз). П. н. также численно равно силе, действующей в плоскости, касательной к поверхности жидкости (в сторону её сокращения), на ед. длины контура, ограничивающего эту поверхность. П. н. выражается в Дж/м2 или в Н/м. Оно зависит от хим. природы жидкости и темп-ры, уменьшаясь до 0 при её увеличении до критической температуры. Снижение П. н. достигается введением в жидкость поверхностно-активных веществ.