Lực phân tử

31

Lực phân tử

Một trong những nhà vật lý hiện đại vĩ đại nhất, Richard Feynman, tin rằng nếu cần phải truyền đạt trong một pha duy nhất điều quan trọng nhất mà chúng ta biết về thế giới ngày nay, thì pha này sẽ như thế này: “… mọi vật thể đều bao gồm các nguyên tử - những vật thể nhỏ chuyển động liên tục, bị hút ở một khoảng cách ngắn, nhưng bị đẩy lùi nếu một trong số chúng bị ép chặt hơn vào vật thể kia” (Bài giảng Vật lý của Feynman, tập 1).

Đằng sau mỗi tuyên bố của giai đoạn “chìa khoá” này là một khoa học chuyên môn riêng. Nguyên tử là gì? Chúng có cấu trúc như thế nào và chúng tương tác với nhau như thế nào? Việc tìm kiếm đáp số những câu hỏi này dẫn đến vật lý lượng tử và thông qua đó dẫn đến sự hiểu biết về thế giới vi mô. Vai trò của sự chuyển động của các nguyên tử và sự tương tác của chúng trong việc hình thành các tính chất của vật chất là gì? Trong đáp số câu hỏi này được trả lời bởi tất cả vật lý chuyên ngành vĩ mô và các phương pháp tiếp cận liên quan đến hóa học, sinh học và các ngành khoa học khác.

Chúng ta cũng hãy đi dọc theo con đường này một chút và thử dựa trên cấu trúc của từng nguyên tử để thử bản chất của sự tương tác giữa các nguyên tử hoặc phân tử khác nhau.

Bạn biết đấy (Vật lý 10, Chương 11) rằng các nguyên tử bao gồm một hạt nhân tích điện dương và các điện tích âm - các electron - chuyển động xung quanh nó một cách khá phức tạp. Trụ cột của ý tưởng về nguyên tử, ngày nay đã trở nên phổ biến, đã dẫn đến thời điểm xuất hiện của nó (vào đầu thế kỷ 20) đến một thảm họa thực sự trong vật lý cổ điển. Thực tế là, theo các khái niệm cổ điển, một electron, trong bất kỳ chuyển động không đều nào và đặc biệt là khi quay quanh hạt nhân, nhất thiết phải nghiên cứu sóng điện từ. Đồng thời, năng lượng của nó giảm dần và cuối cùng chắc chắn nó phải rơi vào lõi. Điều này có nghĩa là trong khuôn khổ vật lý cổ điển, nguyên tử hoàn toàn không thể tồn tại.

Cần phải có một sự thay đổi căn bản trong tất cả các ý tưởng của chúng ta về thế giới để thoát khỏi tình trạng bế tắc đã tạo ra nó. Kết quả là, cơ học lượng tử đã được tạo ra, đặc biệt, cơ học này chứng tỏ rằng một electron trong nguyên tử chỉ có thể có các giá trị năng lượng rời rạc. Ở trạng thái có bất kỳ giá trị năng lượng nào từ tập hợp “được phép” này, electron không phát ra sóng điện từ. Năng lượng chỉ được phát ra (hoặc hấp thụ) trong quá trình chuyển từ trạng thái dừng này sang trạng thái dừng khác. Tất cả những điều trên áp dụng cho các phân tử.

Đây là cách mà sự tồn tại của các nguyên tử và phân tử được “hợp lý hóa”.

Bây giờ việc hỏi một câu hỏi như vậy là điều đương nhiên. Nếu nguyên tử và phân tử trung hòa thì chúng tương tác với nhau như thế nào?

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về phân tử. Nếu tâm phân bố điện tích dương và âm bên trong nó không trùng với nhau, thì phân tử đó có thể được biểu diễn dưới dạng một quả tạ nhỏ (“Vật lý 9”, § 46). Có một điện tích dương ở một đầu và một điện tích âm ở đầu kia. Những quả tạ điện như vậy được gọi là lưỡng cực.*)

Khi hai phân tử lưỡng cực được đặt cạnh nhau, mỗi phân tử có xu hướng tự sắp xếp sao cho đầu dương của nửa này hướng về đầu âm của nửa kia và ngược lại. Kết quả là, mặc dù thực tế là mỗi phân tử đều trung tính, lực hút khá rõ rệt sẽ nảy sinh giữa các phân tử. Tương tác này được gọi là lưỡng cực. Như chúng ta đã thấy, điều đó là do thực tế là trong các phân tử lưỡng cực, khoảng cách trung bình giữa các điện tích khác nhau nhỏ hơn một chút so với giữa các điện tích giống nhau. Rõ ràng, khi các phân tử di chuyển ra xa nhau, sự khác biệt về khoảng cách này sẽ giảm đi. Đến một lúc nào đó, nó trở nên không đáng kể và lực tương tác giữa các phân tử trở nên bằng không.

Chà, còn trong những trường hợp khi các phân tử “đối xứng”, tức là tâm phân bố điện tích dương và âm bên trong chúng trùng nhau thì sao?

32

THÁNG 12
Srpichbaza
RAMANUJAN
(được sinh ra
ngày 22 tháng 12 năm 1887)

BƯỚC ĐỀU
Jean Baptiste Joseph
FOURIER
(được sinh ra
21 tháng 3 năm 1768)

Đa diện -
lịch
(xem trang 28)

THÁNG GIÊNG
Nikolai Egorovich
ZHUKOVSKY
(được sinh ra
ngày 17 tháng 1 năm 1847).

THÁNG TƯ
Karl Friedrich
GAUSS
(được sinh ra
30 tháng 4 năm 1777)

THÁNG 2
Mstislav Vsevolodovits
KELDYSH
(được sinh ra
ngày 10 tháng 2 năm 1911).

CÓ THỂ
Pavel Sergeevich
ALEXANDROV
(được sinh ra
ngày 4 tháng 5 năm 1896)

32

33

THÁNG SÁU
Alexander Mikhailovich
LYAPUNOV
(được sinh ra
ngày 6 tháng 6 năm 1857)

THÁNG 9
Mikhail Vasilyevich
OSTROGRADSKY
(được sinh ra
ngày 24 tháng 9 năm 1801)

THÁNG BẢY
Friedrich Wilhelm
BESSEL
(được sinh ra
ngày 22 tháng 6 năm 1784)

THÁNG 10
Evariste
GALOOIS
(được sinh ra
ngày 26 tháng 10 năm 1811)

THÁNG TÁM
Nils Henrik
Abel
(được sinh ra
ngày 5 tháng 8 năm 1802)

THÁNG MƯỜI MỘT
Mikhail Alekseevich
LAVRENTIEV
(được sinh ra
19 tháng 11 năm 1900)

33