Межмолекулярные взаимодействия в твердом теле
Формула 1:
[U = -\dfrac{{\mu^2}}{6\pi\varepsilon r^6} + \dfrac{3\mu_1\mu_2cos\theta}{\pi\varepsilon r^6}]где:
- $\mu$ – дипольный момент молекулы
- $r$ – расстояние между центрами молекул
- $\varepsilon$ – константа Больцмана
- $T$ – температура по Кельвину
Множитель $(kT)$ в знаменателе отражает влияние флуктуации на ориентацию диполей вследствие теплового движения, которое возрастает с увеличением температуры. Кроме ориентационного, следует учитывать индукционный эффект $\mu_1\mu_2cos\theta$.
Ориентационные и индукционные силы возникают между полярными молекулами, но не могут объяснить межмолекулярное взаимодействие между неполярными системами. Учитывание слабого квадруполь-квадрупольного взаимодействия также не решает эту проблему, поскольку молекулы типа $X_2$ и атомы инертных газов не имеют квадрупольного момента.
Ф. Лондон с помощью квантовой механики определил природу межмолекулярных сил в неполярных системах. Учет корреляции во время движения атомных электронов приводит к снижению энергии. Атомы с подвижными электронами можно рассматривать как диполи, осциллирующие с частотой $\omega$. Синхронное движение электронов приводит к снижению энергии.
Подставив $E_a$ вместо $\mu_1^2$, получим:
[U = \dfrac{-E_a}{r^6}]Эту формулу можно получить более последовательно на основе теории возмущений.
Дж. Слетер и Дж. Кирквуд для взаимодействия многоэлектронных атомов вывели следующую формулу:
[U = \dfrac{-5NMe^2}{2r^6m}]где:
- $N$ — количество электронов на внешней оболочке
- $m$ — масса электрона
- $e$ — его заряд
Формулы совпадают при $N=1$. Основной характеристикой для сил Лондона является поляризованность атомов (молекул). Поляризованность зависит от размера частицы, поэтому прочность молекулярных решеток возрастает с увеличением размеров атомов и молекул, взаимодействующих.
| Газ | Температура кипения |
|---|---|
| Инертные | -268.9 |
| Гелий | -246 |
| Неон | -185.8 |
| Аргон | -153 |
| Криптон | -108 |
| Ксенон | -63 |
| Радон | -161 |
| Уранон | -88 |
| Астат | -42 |
| Рариум | -0.5 |
| Магон | +36 |
| Литон | +69 |
Взаимодействие атомов гелия
Атом гелия настолько мал и дисперсионные силы при взаимодействии атомов гелия такие слабые, что гелий не может существовать в кристаллическом состоянии даже при обычном давлении и 0K. Причина этого — существование нулевой кинетической энергии, которая для гелия больше, чем энергия связи. Наличие кинетической энергии ядер в связанных атомах (при 0K) является следствием соотношения неопределенностей Гейзенберга.
Энергия связи для гелия кДж/моль, где m — масса атома Гелия.
Поэтому, и кристаллическое состояние не может реализоваться даже при 0K. Лишь при большом внешнем давлении гелий может перейти в кристаллическое состояние.
Межмолекулярные взаимодействия
Все межмолекулярные взаимодействия (их часто объединяют общим названием — взаимодействие Ван дер Вальса) можно выразить в таком виде:
- Ориентационное
- Индукционное
- Дисперсионное
Эти взаимодействия делают разный вклад в энергию связи. Для атомов и неполярных молекул вклад ориентационных и индукционных сил равен нулю, остаётся только дисперсионное взаимодействие. Вклад ориентационных и индукционных сил увеличивается с ростом дипольного момента молекул.
В молекуле (1D-дебай = Кл * м) вносит 0,005%, а — 14,4%, — 4,2%; В — 3,3%, — 2,2%; — 14,4%, — 4,2%. Благодаря приведенным формулам можно сделать вывод, что даже для очень полярных молекул дисперсионное взаимодействие делает огромный вклад.
Влияние на здоровье
Современная популярность велосипеда в Европе — результат проводимой правительствами политики. Популяризация велосипеда способствует разгрузке центров городов от автомобилей, улучшению экологической обстановки, а также улучшает здоровье людей.
Для популяризации велосипеда и велосипедного туризма принимаются следующие меры:
- Устройство велосипедных дорожек
- Меры, облегчающие использование велосипеда в сочетании с общественным транспортом
- Создание сети панъевропейских велосипедных трасс EuroVelo
Во многих крупных городах Европы существуют системы проката велосипедов, которые включают в себя множество специальных парковок, на которых можно автоматически брать велосипед.
Велосипеды в Азии: тенденции и особенности
Во многих странах восточной и юго-восточной Азии, таких как Китай, Индия и Индонезия, велосипед является одним из основных средств передвижения благодаря своей дешевизне. Однако использование велосипедов в азиатских странах, в частности в Китае и Индии, сокращается, из-за того что их жители переходят на автомобили, мотоциклы и мопеды.
Иногда власти принимают меры против велосипедного транспорта, поскольку он мешает движению автомобилей. Так, в декабре 2003 года в Шанхае движение велосипедов было временно запрещено.
Производство велосипедов в Китае
Китай также является основным производителем велосипедов, в частности благодаря тому, что в последние десятилетия большинство велосипедных фирм перевели производство в эту страну. Порядка 95 % велосипедов производится в Китае.
Велорикши в Японии и других странах
В Японии и во многих странах Восточной и Южной Азии, от Филиппин до Пакистана, популярны велорикши.
Инфраструктура использования велосипедов
По примеру ряда зарубежных стран, начиная с 2010-х годов в России, в некоторых городах началось внедрение инфраструктуры использования велосипедов:
- Прокладывание велосипедных дорожек
- Оборудование велосипедных парковок
- Внедрение систем проката велосипедов
Меры такого рода способствуют развитию культуры велосипедного транспорта и улучшают условия передвижения для велосипедистов.