МОЛЕКУЛААРАЛЫҚ ӘРЕКЕТТЕСУ ЖӘНЕ АГРЕГАТТЫҢ КҮЙ

Жалпы түсінік. Әлемдегі белгілі заттардың барлығы да өзін қоршаған жағдайға байланысты газ, сұйық және катты күйде бо-лады. Заттардың физикалық катты, суйык және газ тәрізді уш жағдайдың жинақты атауын агрегаттық күй дейді. Бір заттың әртүрлі агрегаттық күйдегі химиялық қасиеті мен құрамы бірдей де, физикалық сипаты өзгеше болады.

Тәжірибе көрсеткеніндей, затты қоршаған орта жағдайын, мысалы, температураны, қысымды өзгерту арқылы оны бір агрегаттық күйден екіншіге, одан әрі үшіншіге немесе бұл қүбылысты керісінше де жүргізуге болады екен. Кәдімгі тіршілік тірегі іспеттес суды мұзға да, буға да және буды да, мұзды да суға түрлендіруге болатыны белгілі. Осы табиғи құбылысты пайдаланып, яғни агрегаттық күйдің ауысуы арқылы табиғатын аса маңызды және түбегейлі заңдылығын байқау қиын емес. Айталық, бірте-бірте заттардың температурасы мен қысымын өзгерткенде, бөлшектердің ара қашықтығы да өзгереді және белгілі бір шартты жағдайда өзгерістегі заттың жаңа агрегаттық күйі пайда болады. Бұл — табиғаттағы санның сапаға айналу заңдылығы.

Жоғарыда қарастырған заттардың агрегаттық үш күйі де табиғаттағы қалыпты жағдайда кездеседі. Ал, егер қысымды өзгеріссіз қалдырып, температураны жоғарылатсақ, 2000—5000° аралығында көптеген заттар әуелі үсақ бөлшектерге, сосын молекула, тіпті жекелеген атомдарға ыдырай бастайды, яғни диссоциацияланады. Температураны 5000°-тан жоғарылатқанда диссоциацияға түсіп, иондалмайтын заттар қатары сиреп, 10000°-тан асқанда ыдырамаған заттар қалмайды. Осы күйді плазма дейді. Бүл — заттың төртінші күйі. Зат плазмалық күйде оларды аса қуатты электрлік, магниттік өріске енгізгенде де болады. Сонымен заттардың плазмалық күйде болуы үшін өте жоғары температура, аса күшті электрлік немесемагниттік өріс қажет екен. Жұлдыздар мен планеталар, космостық денелердің бәрі де плазмалық күйде.

Плазма терминін ғылым тіліне үстіміздегі ғасырдын, 20-жылдары американдық ғалым И. Ленгмюр енгізді, ол “жинақталған”, “жапсырылған” деген мағынаны береді. Сонымен плазма дегеніміз — құрамы тең мөлшерде, дербес түрінде оң және теріс зарядталған бөлшектен тұратын заттын, төртінші күйі. Плазмадағы он, және теріс зарядталған бөлшектер саны өзара тең болғандықтан, ол квазибейтарап. Егер оң зарядталған атом ядросы не ионы және теріс зарядталған электрондар аса сиретілген ортада, мысалы, ауасыз

-з шыны түтіктің ішінде зарядталган бөлшектер қалпында ретсіз қозғалыста болса, бұл да плазма. Демек, плазманы алу үшін зат-тарды газды күйге айналдырып, сосын оны жоғарыда айтылғандай иондандырғыш ортаға енгізу керек.

Плазманы екі түрге бөледі: изотермалық және газразрядты. Изотермалық плазма жоғары температура кезінде пайда болады немесе температура әсерінен заттар атомдары диссоциацияланып, оң және теріс зарядталған бөлшектерге айналады. Изотермалық плазма тұрақты және көп уақыт сақталады. Ол космос кеңістігінде кездесетін құбылыс. Жер атмосферасының қабаты да өз алдына өзгешелігі бар плазма түрі.

Газразрядты плазма электрлік разряд кезінде пайда болады. Оған үйлердегі, көшелердегі түрлі-түсті жазуларды көрсетіп тұрған, ішінде электр жарығы бар шыны түтіктер мысал. Демек, газ-

15

разрядты плазма, электр тогы (өрісі) беріліп тұрғанда ғана тұрақты да, ол жоқ болса, плазма да жоқ.

Плазманың теммпературасыбірнеше ондаған мың градусқа е-
теді. Алайда плазманы құрайтын зарядталған бөлшектердің, бірін-
шіден, ол аса сиретілген газ сияқты, концентрациясы өте аз, екін-
шіден, жылу өзін қоршаған ортаға таралып үлгермейді. Плазма-
ның келесі бір қасиеті — оның электр өткізпштігі. Плазма
температурасы жоғарылаған сайын оның электр өткізгіштігі арта-
ды. Олай болса, плазма арқылы бірнеше жүз, мың, тшті
миллиондаған амперлік ток күші бар кернеуді тасымалдауға бо-
лады. Плазма арқылы жіберілген ток плазмалық өткізгіш айнала-
сында магнит өрісін туғызады да, осы өріс ішінде электрондар
мен иондар тобын жинақтап, плазмалық бау жасайды. Бұл да
плазма ішіндегі жылуды түтік қабырғасына жеткізбейтіндіктен,
ондай түтікті шамдар шамалы ғана жылынады. Мұндай плазма-
лық баудың электромагниттік өрістегі кысылуы ондағы ток күшіне
тәуелді, яғни плазма арқылы жіберілген ток күші көбейген сайын
плазмалық баудың қысымы артады. Осы негізгі сипатты пайдала-
нып, плазманың температурасы мен қысымын бірнеше мыңдаған
рет еселей көтеруге болады. Қазіргі атомдық электр станциялары
мен термоядролық реакторлар жұмысы плазманың осы қасиетіне
негізделген.

Молекулааралық әрекет. Молекулалар арасындағы тартылыс — өте күрделі қүбылыс. Әуелі молекулалардың құрылысы, сосын полюстілігі анықталды. Сонымен полюсті молекулалар электростатистикалық тартылыс нәтижесінде өзара тартылады екен. Әрине, бұл орындалу үшін полюсті екі молекула заряды кері болуы керек. Бертін келе Н. Шилов пен Кеез бірінші болып екі молекула арасындағы әрекетті дипольдік тартылысқа негіздей келіп, түсіндіру ұсынды. Полюсті молекулалардың өзара әрекеттесу теориясын алдымен Дебай зерттеп ұсынды, ал оны Б. Ильин мен В. Тарасов өз жұмыс-тарында онан әрі дамытты. Молекулалардың өзара қарама-карсы бағытталуы молекулалардың өзара тартылуына және тұракты бо-луына септеседі. Мұндайда молекулалардың арасындағы тебіліс-тен гері тартылу құбылысы басымдау. Дипольдік екі молекула арасындағы әрекет энергиясы олардын, дипольдік моменттері кө-бейтіндісіне тура

Пропорционалды, ал арақашықтығының үшшші дәрежесіне кері пропорционалды екен:

Температура жоғарылаған сайын, молекуладағы жылулық қозға-лыс көбейіп, олардың бүрылуы, бағытталуы қиындайды. Мұндай жағдайда молекулааралық әрекеттесу энергиясы мына теңдеумен анықталады:

мұндағы һ — Больцман тұрақтысы, ол газдардың универсалды тұрақтылығын (R) Авогадро санына (Na ) бөлгенге тең. Бұл тең-деуден температура көтерілген сайын, молекулааралық әрекеттесу энергиясының азаятынын көреміз. Мұндай полюсті молекулалар арасындағы тартылысқа әкелетін әрекеттесуді бағыттаушы әрекет дейді. Көп молекулалар өздеріне жақын орналасқан көрші моле-кула немесе иондар әсерінен, әсіресе, олар өте жақындағанда, оңай полюстенеді. Мұндайда пайда болатын дипольдерді индук-цияланған дейді, ол бағыттаушы әсерден әлсіздеу болса да, тұрақ-ты дипольдер сияқты молекулааралық тартылуды тудырады. Бұл әрекеттесуді индукциялық деп атайды. Дебай зерттеуіне (1920) жүгінсек, индукциRялық әрекет кезінде пайда болатын энергия температураға тәуелді емес, ол тек дипольдік момент пен олардыц полюстенуі қабілетіне (а) байланысты екен:

Кванттық механика негізінде Лондон (1930) өз зерттеулерінде көрсеткендей, электрондар қозғалысынан атом (молекула) өзара тартылысқа келерліктей лездік дипольдік моменттер пайда болады. Сол сияқты молекулалардағы атомдардың өзара тербелуі мен соқтығысулары да молекулалардың жақындасуына септігін тигізеді. Сондықтан атомдардағы (молекулалардағы) аса тез қозғалатын электрондар асқан лездікпен алмасатын өзгерістер туғызады. Атомдардағы электрондардың айналу жылдамдығы молекуладағы атомнын, тербелуінен де, молекулалардың соқтығысуынан да көбірек жиілікте болады. Демек, атомдардың жақындасуы, сол атом-дардың өздеріндегі электрондардың қозғалуына ықпалын тигізеді: екі атомдағы электрондар бір ырғақпен қозғалады, өйткені олар-дың мұндай қалпы тек атомдарды жақындатып, өзара тартылысқа келтіріп қана қоймай, энергия қорының өте азайғанына байланысты. Мұндай әрекеттесуді дисперстік дейді. Бұл оны сандық сипат-тағанда сәуленің дисперстігімен байланысты пайда болған. Дисперстік әрекеттесу кезінде пайда болатын энергия шамасы температураға тәуелсіз де, молекулааралық өлшемнің алтыншы

Дәрежесіне кері пропорционал

мұндағы а — полюстену қабілеті l0 — иондану потенциалымен байланысты шама.

Дисперстік әрекет полюсті не полюссіз, біркелкі немесе әр түрлі, тіпті кез келген молекулалар арасында да кездесетш құбылыс. Олай болса, әрекеттің бұл түрі әлсіз ғана полюстену қабілеті бар полюссіз молекулалардан тұратын заттардағы молекулааралық әрекеттесуді көрсететін бірден-бір негізгі ұғым.

Молекулалар өзара жақындағанда ара қашықтығы олардың радиусынан кіші болса, тебілу күші пайда болады. Ал молекулалардағы өзара тартылу және тебілу күштерін бір ұғымға біріктіріп, молекулааралық немесе Ван-дер-Ваальстік әрекет деп атайды.

II т а р а у

ХИМИЯЛЫҚ ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ НЕГІЗІ