II. VODOROD ATOMI UCHUN SPEKTRAL QONUNIYATLARNI O’RGANISH BO’YICHA AMALIY TAVSIYALAR.
2.1. Malekulalararo o’zaro ta’sir turlari. Van-der Vaals kuchlari.
Tabiatda barcha moddalar molekulalardan tashkil topgan va ular orasida tortishish xamda itarishish kuchlari mavjud ularni biz umumiy holda molekulalararo o’zaro ta’sir kuchlari deb ataymiz.
Biz idiyal gaz qonunlari bilan tanishganimizda bunday gazlarning molekulalari xususiy hajmga ega emas va ular o’zaro ta’sirlashmaydi, deb hisobladik. Bunday o’ta soddalashtirilgan gaz modeli juda siyraklashgan gazlar uchun o’rinli bo’lib, gaz bosimining ortishi bilan ideyal gaz qonunlaridan chetlanishlar ortib boradi.
Masalan; CO2 gazning bir nechta 10 atmosferadagi izotermosi Boyl-Mariolt qonunlaridan keskin farq qiladi.
Tabiatda mavjud bo’lgan gazlar uchun Mendileev Klapeyron tenglamasi faqat unda yuqori bo’lmagan bosimlardagina bajariladi. Tajriba real gazlarning ideal gazlardan o’z hossalariga ko’ra bir muncha farq qilishini ko’rsatadi va real gazlar qonuniyatlarini o’rganishga molekulalarning o’zlari ma’lum o’lchamga ega ekanliklarini hamda ular orasida o’zaro ta’sir mavjudligini inobatga olish kerak.
Ko’pchilik gaz molekulalarining o’lchamlari 10-10 m tartibida bo’ladi ularning hajmlari esa 4 ◦ 10-30 m3 atrofida narmal sharoitda ham bir m3 da Lashmidt sonicha n= 2,7 ◦ 10-25 ta havo molekulasi bo’lsa ularni egallagan hususiy hajmi 1,210-4 m3 ni tashkil etadi. Bu esa havo molekulalari egalagan hajm umumiy 1m3 hajmning 110-4 qismiga yaqin ekanligini ko’rsatadi.
Agar havoning bosimi ortsa, molekula hususiy hajmining ta’siri tufayli Boyl Mariott qonunidan chetlashish sezilarli bo’ladi.
Bundan tashqari real gazlarda idiallikdan chetlanish molekulalararo ta’sir tufayli ham ro’y beradi. Molekulalararo ta’sir tufayli o’zaro tortishish va itarish kuchlarining natijasidan iborat bo’lib, o’z tabiatiga ko’ra bir necha bo’lishi mumkin bunday ta’sir kuchlariga Van-der Vaals kuchlari ham deyiladi.
Bu kuchlarning tabiati asosan elektrostatik ta’sir kuchlaridan iborat. Eng oddiy bir atomli malekula musbat zaryadlangan yadro v uning atrofida ma’lum orbitalar bo’yicha harakatlanuvchi manfiy zaryadlangan ekektronlardan iborat.
Vaqtning juda qisqa ulushi davomida bunday musbat va manfiy zaryadlar sistemasini elector dipol deb qarash mumkin. Dipol o’zi atrofida elektro maydoni hosil qiladi va bu maydon kuchlanganligi noldan farqli, chunki qaralayotgan nuqtadan dipol zaryadlarigacha bo’lgan masofalar har xil ular o’zaro bir- birini kompensatsiyalamaydi.
Agar molekulalardagi atom soni ko’p bo’lsa, unda oddiy dipol bo’lmasdan murakkab elektr sistemasini kvadrupol, toifalaridan iborat bo’ladi.
Molekulalar yaqinlashganda o’zaro elektrostatik ta’sir ro’y brradi. Bunday ta’sirga dispersion ta’sir deyiladi.
Ayrim molekulalarda musbat va manfiy zaryadlarning markazlari ustma ust tushmaganligi sababli ular doimiy dipol momentiga ega bo’ladi. Masalan suvning malekulasi doimiy dipol momentiga ega. Shunday molekulalar o’zaro yaqinlashganda dipol-dipol, ya’ni orientatsion ta’sir energiyasi quydagiga teng.
(2.1.1)
P1, P2 – molekulalarning dipol moment: r- ular orasidagi masofa
Bunday ta’sir asosan qutbli molekulalar, ya’ni dipol momentiga ega bo’lgan molekulalar orasida bo’ladi. Bunda bir molekula tomonidan hosil qilinadigan elektr maydonda ikkinchi molekula orentirlanadi. Malekulaning issiqlik harakati ularning o’zaro orintatsiyasiga qarshilik ko’rsatadi. Demak orientatsion ta’sir hamda molekulalarning issiqlik harakatini hisobga olsak, orientatsion ta’sir energiyasi quydagi ko’rinishda buladi.
(2.1.2)
Ifodadan ko’rinadiki orientatsion ta’sir energiasi temperaturaga bog’liq. Agar temperatura oshsa bu energiyaning qiymati kamayadi.(2.1.1-chizma)
2.1.1-chizma.Dipol momentiga ega bo’lgan molekulalarning tuzilishi.
Dispersion ta’sir. Doimiy dipol momentiga ega bo’lmagan molekulalar orasida dispersion ta’sir mavjud bo’ladi. Ya’ni qutbsiz molekulalar o’rtasida buladigan o’zaro ta’sir. Bu holda molekula atomini muvozanat vaziyatdan siljishi natijasida dipol moment vujudga keladi. Bu ta’sirni bo’lishiga molekulani nolinchi energiyaga ega bo’lishi sababdir. Bu holda elektronini bir muvozanat holati atrofida tebranib turib, garmonik tebranish hosil qiluvchi zarracha deb qabul qilindi. Ana shunday zarracha assillyator deyiladi.
Atomni dipol moment nolga teng, lekin elektronni tebranishi tufayli assillyatorni dipol momentini o’zgarishi noldan farqli deb qarash mumkin.
Demak ossillyatorning o’zaro tasir energiyasini quydagicha yozamiz.
(2.1.3)
r- ossillyator orasidagi masofa e- elektron zaryadi x1 , x2- ikkta elektronlarni muvozanat holatdan chetlangandagi siljish masofasi.
Dispersion ta’sir energiyasi bo’ladi.
(2.1.4)
- atomdagi elektron tebranish chastotasi.
–izolyasiyalangan assillyatorning nolinchi energiyasi. Shunday qilib zarrachalarning tortilishining sababi nolinchi energiyaning pasayishi ekan.
Induksion ta’sir. Bu holda ham bir dipol qo’shni malekuladan o’z yo’nalishiga mos bo’lgan dipolni induksiyalaydi. Ya’ni qutubli o’zaro ta’sirlashganda qo’tubli molekulaning elektr maydoni qutibsiz malekula atrofida yo’nalgan dipol momentini induksiyalaydi. Induksiyalovchi malekulani induksion qutublanuvchanlik qancha katta bo’lsa, induksiyalangan moment ham shuncha katta bo’ladi. Induksion ta’sir energiyasini quydagicha yozamiz.
ind (2.1.5)
Ko’rinib turibdiki induksion o’zaro ta’sir energiyali zarrachalar orasidagi masofaning oltinchi darajasiga teskari proporsional ekan.
Shunday qilib, Van-der Vaals ta’sir kuchlari molekulalar orasidagi dispersion, oreientatsion va indiksion ta’sirlardan iborat.
Molekulalarning o’zaro tortishish potensialini
(2.1.6)
Itarishish potensialini
(2.1.7)
deb belgilasak, molekulalararo ta’sir potensialining umumiy ko’rinishi.
(2.1.8)
bilan aniqlanadi.
Shunday qilib zarrachalarning o’zaro tortilishining sababi nolinchi energiyaning pasayishi ekan. Umumiy holda R dipol moment va qutublanuvchanlikka ega bo’lgan ta’sir energiyasi.
(2.1.9)
Molekulalararo ta’sir potensialining molekulalari orasidagi masofaga bogliq ravishda o’zgarishi grafik ravishda keltirilgan.
2.1.2-chizma. Molekulalararo ta’sirning o’zgarishi.
2.1.2-chizmada ko’rinadiki r0 masofalarda itarishish kuchlari asosiy rolini o’ynaydi r = r0 masofada kuchlari o’zaro bir birini kompensasiyalaydi.
Agar molekulalar orasidagi masofa r0 bo’lsa, itarishish kuchlari keskin ortadi va molekulalar turli tomonga harakat qiladi. Binobarin, real gaz molekulalarining to’qnashuvi deganda xuddi bilyard sharlari kabi molekulalararo elastik to’qnashuvini emas molekulalar ta’sir sferasining ma’lum masofagacha yaqinlashib undan keyin turli tamonga harakat qilishini tushunmoq kerak.
Real molekulalardan bundan tashqari ta’sirning boshqa turlari, xususan, vodorod bog’lanish ham uchraydi. Ammo vodorod bog’lanishning ta’sir energiyasi Van-der Vaals ta’sir energiyasidan ancha katta va bu ta’sirning xarakterli tomonlari maxsus kurslaridan o’rganiladi. Shuning uchun biz ularga to’xtalib o’tirmayiz.
Ko’p hollarda malekulalararo ta’sirni ifodalaydigan ta’sir potensialining maxsus ko’rinishidan foydalaniladi. Amalda keng qullaniladigan potensialidan biri Lennard-Jons potensialidir. Uning ko’rinish
(2.1.10)
Molekulalararo ta’sir potensialining molekulalari orasidagi masofaga bogliq ravishda o’zgarishi grafik ravishda keltirilgan.
| 