Межмолекулярное отталкивание

Если бы молекулы только притягивались друг к другу, это привело бы к их слиянию. Но на очень малых расстояниях их электронные оболочки начинают отталкиваться. Энергия отталкивания описывается выражением

где к - постоянная отталкивания, п принимает различные целые значения. Силы межмолекулярного отталкивания действуют на очень малых расстояниях.

Общее уравнение межмолекулярного взаимодействия при постоянной температуре (уравнение Леннарда-Джонсона) в большинстве случаев имеет вид

и носит название "потенциала 6-12", поскольку энергия притяжения пропорциональна 1 / г6, а энергия отталкивания - 1 / г12.

Силы взаимного притяжения молекул обратно-пропорциональны межмолекулярному расстоянию R6. Эти силы быстро убывают с увеличением расстояния и становятся очень малыми на расстояниях ~5А. Важная роль во взаимодействиях между молекулами адгезива и субстрата принадлежит водородным связям. Энергия водородной связи, оцениваемая обычно 4-7 ккал/моль, может достигать значений 20-30 ккал/моль.

Имеется еще один вид межмолекулярного взаимодействия - это поляризационная связь. Частным случаем этого взаимодействия являются связи с переносом заряда, т.е. образованием комплексов между адгезивом и субстратом. В результате переноса зарядов относительно неактивные молекулы могут приобрести реакционную способность. Энергия образования комплексов колеблется от десятых долей до нескольких ккал/моль.

Одним из видов межмолекулярного взаимодействия является донорно-акцепторное взаимодействие, приводящее к образованию комплексов. Различают слабые (с энергией связей ~2-ьЗ ккал/моль) и прочные (с энергией связей до 50 ккал/моль) комплексы, т.е. с энергиями, близкими к ван-дер-ваальсовым и химическим связям.

Донорами электронов с переносом заряда в органических комплексах являются ароматические углеводороды и некоторые их производные, полимеры с сопряженными связями. В качестве акцепторов выступают галогены, галогеноводороды, хлориды металлов, ангидриды ди- и поликарбоновых кислот, хлорангидриды, нитропроизводные, бензол, хиноны и их производные.

Между молекулами адгезива и субстрата возможно образование и химических связей - ковалентных, ионных, координационных с энергией от нескольких десятков до сотен ккал/моль.

Адгезионная прочности оценивается по сопротивлению разрушения адгезионного соединения. Для упрощения расчета предположим, что разрушение адгезионного соединения происходит путем одновременного нарушения молекулярных связей на определенной площади контакта (по методу нормального отрыва).

Теоретические значения механической прочности выражаются формулой

где U - потенциальная энергия частиц; г - расстояние между частицами.

Прочность композиционного материала зависит от природы материалов, входящих в состав КМ, прочности связи между молекулами адгезива и субстрата на границе раздела фаз.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >