Два типа сил между атомами

Доказать существование значительных сил между нейтральными атомами (или молекулами) совсем не сложно. Попробуйте-ка сломать

толстую палку! А ведь она состоит в конечном счете из атомов. Два типа электрических сил совершенно разной природы могут действовать между атомами. Один из них имеет простой аналог во взаимодействии больших тел и «вполне добропорядочен», ибо является классическим в своей основе.

Другой тип — это квантовомеханические силы, часто называемые обменными. Их можно рассчитать с помощью квантовой механики, но если попытаться создать наглядную картину возникновения этих сил, то с неизбежностью эта картина окажется неполной. Происходящее в атоме нельзя целиком описать языком классической физики, т. е. единственно наглядным научным языком для людей, весь повседневный опыт которых есть опыт созерцания явлений, подчиняющихся классической физике.

На больших расстояниях между атомами действуют только классические силы. В этом случае взаимодействие атомов проявляет, несомненно, если не полное, то достаточно заметное пренебрежение к деталям строения самих атомов. Как взаимодействие отдельных атомов, так и взаимодействие групп атомов, объединенных в молекулы, подчинено одному закону. Именно поэтому данный тип сил носит название молекулярных. Ведь атом можно считать частным случаем молекулы, ее простейшей формой. Иногда эти силы называют силами Ван-дер-Ваальса по имени голландского ученого, который впервые ввел их в теорию газов и применил для объяснения перехода газов в жидкое состояние.

На значительных расстояниях ни атомы, ни молекулы не отталкиваются. Удаленные соседи всегда стремятся друг к другу. Молекулярные силы — это силы притяжения.

Обменные силы возникают при сближении атомов, когда их внешние оболочки начинают соприкасаться. Здесь уже полностью проявляется индивидуальность встретившейся пары. Атомы либо образуют устойчивую систему — молекулу, либо же энергично отталкиваются.

Объединение атомов в молекулы — это уже химия. Поэтому квантовомеханические силы сцепления часто называют химическими.

Если попытаться сблизить атомы на расстояние, меньшее суммы их радиусов, то между ними обязательно возникнут силы отталкивания. Вогнать один атом внутрь другого не удастся.

Надо подчеркнуть, что в основе как молекулярных сил, так и химических лежит электростатическое взаимодействие. Магнитные силы сколько-нибудь существенной роли не играют.

Сейчас мы познакомимся с обоими типами сил несколько более подробно.