მოლეკულათა ურთიერთქმედების ძალა

მოლეკულური ძალა. ნივთიერების მოლეკულებს შორის არსებობს ურთიერთქმედების ძალა, რომელსაც მოლეკულური ძალა ეწოდება. მოლეკულები რომ ერთმანეთს არ იზიდავდეს, მაშინ ყველა ნივთიერება ნებისმიერ პირობებში მხოლოდ აირად მდგომარეობაში იქნებოდა. სწორედ მიზიდვის ძლების გამოა, რომ მოლეკულები ერთმანეთთან ახლოა და თხევადსა და მყარ სხეულებს ქმნიან. მაგრამ მხოლოდ მიზიდვის ძალებს არ შეუძლია განაპირობოს ატომებისა და მოლეკულებისაგან შედგენილი მდგრადი წარმონაქმნების არსებობა. ძალიან მცირე მანძილზე მოლეკულებს შორის მოქმედებს განზიდვის ძალა.

ატომისა და მოლეკულის აგებულება. ატომი, მით უმეტეს მოლეკულა, რთული სისტემაა, რომელიც შედგება ცალკეული დამუხტული ნაწილაკებისაგან: ელექტრონებისა ატომბირთვებისაგან. მოლეკულები მთლიანობაში ელექტრულად ნეიტრალურია, თუმცა მათ შორის მცირე მანძილებზე მნიშვნელოვანი ელექტრული ძალები მოქმედებენ.  ურთიერთქმედებენ მეზობელ მოლეკულების ელექტრონები და ბირთვები. მოლეკულებსა და ატომებში ნაწილაკთა მოძრაობისა და მოლეკულებს შორის არსებულ ურთიერთქმედების ძალის აღწერა მეტად რთული ამოცანაა. მას ატომურ ფიზიკაში განიხილავენ. მოგიყვანთ მხოლოდ შედეგს: ორი მოლეკულის ურთიერთქმედების ძალის მიახლოებითს დამოკიდებულებას მათ შორის მანძილზე. ატომები და მოლეკულები შედგება საპირისპირო ნიშნით დამუხტული ნაწილაკებისგან. ერთი მოლეკულის ელექტრონებსა და მეორის ატომბირთვებს შორის მოქმედებს მიზიდვის ძალა, ამავე დროს ორივე მოლეკულის ელექტრონებს შორის და მათ ბირთვებს შორის მოქმედებს განზიდვის ძალა. ატომებისა და მოლეკულების ელექტრული ნეიტრალობის გამო მოლეკულური ძალა ახლოქმედია. მანძილზე, რომელიც რამდენიმეჯერ აღემატება მოლეკულის ზომებს, ურთიერთქმედების ძალა პრაქტიკულად არ ვლინდება. მოლეკულური ძალის დამოკიდებულება მოლეკულებს შორის მანძილზე. განვიხილოთ, თუ როგორ იცვლება მოლეკულებს შორის მანძილთან დაკავშირებით მათი ურთიერთქმედების ძალის გეგმილი მოლეკულების ცენტრების შემაერთებელ წრფემდე. მანძილზე, რომელიც მოლეკულების 2-3 დიამეტრს აღემატება, განზიდვის ძალა. მანძილის შემცირებასთან ერთად მიზიდვის ძალა იზრდება და ამავე დროს თვს იჩენს განზიდვის ძალა. ეს ძალა ძლიერ სწრაფად იზრდება, როცა ატომთა ელექტრონული გარსები იწყებს ურთიერთგადაფარვას. ამის შედეგად, შედარებით დიდ მანძილზე მოლეკულები მიიზიდებიან, მცირეზე კი განიზიდებიან. მე-7 სურათზე გამოსახულია მიახლოებითი დამოკიდებულება განზიდვის ძალის გეგმილის (ზედა მრუდი), მიზიდვის ძალის

გეგმილის (ქვედა მრუდი) და ჯამურ ძალის გეგმილისა (შუა მრუდი) მოლეკულათა ცენტრებს შორის მანძილზე. განზიდვის ძალის გეგმილი დადებითია, მიზიდვის ძალისა კი უარყოფითი. წვრილი ვერტიკალური წირები გავლებულია, რათა მოხერხებული იყოს ძალთა გეგმილების შეკრება. r₀ მანძილზე, რომელიც დაახლოებით მოლეკულათა რადიუსების ჯამის ტოლია, ჯამური ძალის გეგმილი F_r = 0 რადგანაც მიზიდვისა და განზიდვის ძალების მოდულები ტოლია (სურ. 7, ა). როცა r > r₀ მიზიდვის ძალა მეტია განზიდვის ძალაზე (სურ. 7, ბ) და ჯამური ძალის გეგმილი უარყიფითია (სურ. 7). თუ მაშინ მანძილზე განზიდვის ძალა მეტია მიზიდვის ძალაზე (სურ. 7, გ).

დრეკადობის ძალების წარმოქმნა. მოლეკულათა ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულება მათ შორის მანძილზე გვიხსნის დრეკადობის ძალის წარმოქმნას სხეულთა კუმშვისა და გაჭიმვისას. თუ შევეცდებით, რომ მოლეკულებს შორის მანძილი გახდეს – ზე ნაკლები, მაშინ მოქმედებას იწყებს დაახლოების შემაფერხებელი ძალა. პირიქით, მოლეკულების ურთიერთდაშორებისას მოქმედებს მიზედვის ძალა, რომელიც გარე ზემოქმედების შეწყვეტის შემდეგ მოლეკულებს პირვანდელ მდგომარეობაში აბრუნებს.

წონასწორობის მდებარეობიდან მოლეკულების მცირე გადაადგილებისას მიზიდვის ან განზიდვის ძალა წრფივად იზრდება გადაადგილების ზრდის მიხედვით. მცირე უბანზე მრუდი შეიძლება ჩავთვალოთ წრფის მონაკვეთად (მრუდის გამსხვილებული უბანი მე-7 სურათზე). ამიტომაცაა, რომ მცირე დეფორმაციების დროს მართებულია ჰუკის კანონი, რომლის მიხედვითაც დრეკადობის ძალა დეფორმაციის პროპორციულია. მოლეკულების დიდი გადაადგილებისას ჰუკის კანონი უკვე არამართებულია.

რადგან სხეულის დეფორმაციის დროს იცვლება მანძილი ყველა მოლეკულას შორის, მოლეკულების მეზობელი ფენების წილად მოდის საერთო დეფორმაციის უმნიშვნელო ნაწილი. ამიტომ ჰუკის კანონი სრულდება მაშინ, როცა დეფორმაციის ზომა რამდენიმე მილიონჯერ აღემატება მოლეკულის ზომას.