Почему атомы притягиваются и отталкиваются?
Атомы инертных газов, например неона и аргона, не имеют заряда и не образуют химических связей друг с другом. Но неон при −246°C, а аргон при −186°C становятся жидкими. Жидкость образуется только потому, что между атомами есть силы притяжения.
Это слабое притяжение называют силами Ван-дер-Ваальса. Электроны атома постоянно движутся, поэтому в какой-то момент с одной стороны атома их оказывается больше. В атоме возникают временные положительная и отрицательная стороны, и он притягивает соседний атом. Если два атома сближаются слишком сильно, их электронные оболочки перекрываются, и атомы сильно отталкиваются.
| Расстояние между атомами | Сила | На кривой |
|---|---|---|
| Меньше равновесного | Преобладает отталкивание | Кривая резко идёт вверх |
| Равновесное | Притяжение и отталкивание равны | Самая нижняя точка |
| Больше равновесного | Преобладает притяжение, с ростом расстояния оно слабеет | Кривая приближается к нулю |
Как читать кривую потенциальной энергии?
Симулятор рисует кривую по формуле Леннарда-Джонса: V(r) = 4ε[(σ/r)¹² − (σ/r)⁶]. Здесь r — расстояние между атомами. Первое слагаемое в скобках описывает отталкивание, второе — притяжение.
- σ (сигма): расстояние, при котором потенциальная энергия равна нулю. Чем больше атом, тем оно больше.
- ε (эпсилон): глубина самой нижней части кривой, то есть глубина потенциальной ямы. Чем глубже яма, тем сильнее притягиваются атомы.
- Равновесное расстояние: расстояние, при котором две силы равны, оно в 1.12 раза больше σ. Атом колеблется около этого расстояния.
Проверь притяжение атомов в приложении Nalukh chem
Меняй расстояние между атомами и следи за точкой на кривой. Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
- В списке АТОМЫ справа выбери пару. Первый атом пары закреплён, второй подвижный.
- В нижней области веди пальцем вправо и влево, чтобы менять расстояние между двумя атомами. Когда уберёшь палец, подвижный атом начнёт колебаться.
- На графике вверху следи за точкой цвета подвижного атома. Точка движется по кривой и показывает текущее расстояние и энергию. Кнопки + и − сбоку увеличивают и уменьшают масштаб оси энергии.
- Включи Показать силы. Красная стрелка, направленная от закреплённого атома, означает отталкивание, а синяя стрелка, направленная к нему, означает притяжение.
- Кнопкой воспроизведения останови движение, а кнопками Обычный и Медленно выбери скорость.
- Если выбрать строку Настроить, появится ползунок Сила притяжения, и ты сможешь менять ε сам.
Задания для симулятора
- Сравни кривые пар Ne – Ne и Ar – Ar. У аргона σ больше, а яма глубже. Поэтому аргон становится жидким при более высокой температуре, чем неон.
- Подтащи атом ближе σ и убери палец. Атом сильно оттолкнётся и отойдёт до правого края области.
- Немного отодвинь атом от равновесного расстояния и убери палец. Атом будет колебаться внутри потенциальной ямы. В режиме Медленно посмотри, как движется точка.
- Выбери строку Настроить и перетащи ползунок Сила притяжения вправо. Яма станет глубже, а σ не изменится.
Частые заблуждения
- Силы Ван-дер-Ваальса — это не химическая связь. Ковалентная связь внутри молекулы гораздо прочнее. Поэтому при кипении жидкости разрывается только притяжение между молекулами, а сами молекулы не распадаются.
- Пара O – O — это не молекула O2. На самом деле два атома кислорода образуют двойную связь. Эта кривая показывает не такую связь, а только слабое притяжение и отталкивание.
- На осях графика нет чисел. Симулятор показывает только соотношения, поэтому сравнивай пары по форме кривой.
