Силы взаимодействия молекул. Явление смачивания

Между молекулами действуют силы притяжения и силы отталкивания. Силы притяжения молекул мы преодолеваем, когда разрываем нитку, ломаем палку, колем дед, разбрызгиваем воду. Чтобы разорвать, например, шелковую нить сечением 1 мм², нужно приложить к ней силу около 250 Н (подвесить гирю массой 25 кг, рис. 74). И эта сила нужна для преодоления сил притяжения громадного числа молекул, находящихся в том месте, где нить разрывается.

При сжатии же тел мы преодолеваем силы отталкивания молекул. Силы отталкивания делаются значительными на расстояниях еще меньше тех, на которых действуют силы притяжения,

Представим себе две молекулы, находящиеся друг от друга на таком расстоянии, которое в несколько раз больше размеров самой молекулы (рис. 75, вверху). На таком расстоянии сила притяжения молекул очень мала, а сила, отталкивания еще меньше силы притяжения. При сближении молекул возрастают и та, и другая силы, но сила отталкивания растет быстрее. При дальнейшем сближении молекул сила отталкивания сравняется по модулю с силой притяжения (рис, 75, в середине). Если молекулы будут продолжать сближаться, то обе силы еще возрастут. Но ведь сила отталкивания растет быстрее, теперь модуль ее станет больше модуля силы притяжения, и молекулы оттолкнутся друг от друга (рис. 75, внизу),

При растяжении, например, стального троса молекулы его расходятся, сила притяжения молекул становится больше силы отталкивания, и трос, если перестать его растягивать, снова сокращается. При сжатии же троса молекулы сближаются, сила отталкивания становится больше силы притяжения, и если перестать сжимать трос, то он разожмется. Значит, причиной возникновения силы упругости в тросе является взаимодействие его молекул.

Притяжением молекул друг к другу можно объяснить и такое часто наблюдаемое на, практике явление, как смачивание твердого тела жидкостью. Ознакомимся с этим явлением на опыте.

На тонкой пружине подвешивают горизонтально стеклянную пластинку. Снизу под пластинку подносят сосуд с водой так, чтобы пластинка легла на поверхность воды в сосуде (рис. 76, а). После этого пластинку медленно поднимают вверх. Сначала пластинка не отрывается от воды, и пружина растягивается все сильнее (рис. 76, б). По величине растяжения пружины можно судить о силах притяжения между молекулами, удерживающих пластинку на поверхности воды. Наконец, стеклянная пластинка отрывается от воды (рис. 76, в), при этом она оказывается смоченной водою. Значит, разрыв происходит не в местах соприкосновения молекул воды с молекулами стекла, а там, где молекулы воды соприкасаются друг с другом. Вода смачивает стекло, а также дерево, кожу и многие другие вещества.

Если опустить в воду пластинку из воска или парафина и затем вынуть ее из воды, то пластинка окажется сухой. Значит, вода не смачивает воск и парафин. Вода не смачивает также все жирные поверхности. Ртуть не смачивает чугун (ее обычно хранят в чугунных сосудах), но смачивает золото, цинк и некоторые другие вещества,

В тех случаях, когда жидкость смачивает твердое тело, ее молекулы притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам тела. Несмачиваемость же объясняется тем, что молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твердого тела.

Явления смачивания и несмачивания учитывают и используют в практике. Мы вытираемся полотенцами, сделанными из ткани, смачиваемой водой, пишем на бумаге, смачиваемой чернилами, и используем металлические перья, которые также смачиваются чернилами.

Интересно, что водоплавающие птицы смазывают при помощи клюва свои перья жиром, выделяемый особой железой. Под перьями имеется слой пуха, содержащий воздух; так как перья не смачиваются водой, то образуется воздушный пузырь. Средняя плотность тела птицы мала, и это помогает ей держаться на воде.

Вопросы. 1. Приведите пример преодоления сил притяжения молекул. 2. Почему молекулы тел не сближаются вплотную? 3. Как изменяется сила притяжения и сила отталкивания молекул при их постепенном сближении? 4. Почему после прекращения действия силы растянутый стальной трос сжимается? 5. Опишите опыт, в котором наблюдается смачивание стекла водой. 6. Приведите примеры смачивания и несмачивания твердых тел жидкостями. 7. Как объяснить смачивание и несмачивание на основе взаимодействия молекул? 8. Как учитывается смачивание на практике?