التآثر بين الذرات – القوى وطاقة الوضع بين ذرتين

ماذا تعرض

بين ذرتين متعادلتين، مثل ذرتي غاز نبيل، تجاذب ضعيف عن بعد وتنافر قوي جدًا عند التقارب الشديد. يصف جهد لينارد–جونز ذلك بالعلاقة U(r) = 4ε[(σ/r)¹² − (σ/r)⁶]، حيث σ المسافة التي تنعدم عندها طاقة الوضع، وε عمق البئر. عند مسافة الاتزان r = 2^(1/6)·σ تتساوى قوتا التجاذب والتنافر، فتنعدم القوة المحصلة وتكون طاقة الوضع في أدنى قيمة لها −ε. إذا أُبعدت الذرة عن هذه المسافة ثم تُركت، فإنها تهتز حولها، ويُخمد الاحتكاك الاهتزاز تدريجيًا. وهذا النموذج نفسه يفسر قوى فان دير فالس بين الجزيئات.

طريقة الاستخدام

اختر «زوج الذرات»، ثم اسحب الذرة اليمنى بالفأرة أو بإصبعك، ولاحظ أسهم القوى والنقطة الحمراء على منحنى طاقة الوضع. فعّل «إظهار التجاذب» و«إظهار التنافر» و«إظهار القوة المحصلة» للمقارنة. اترك الذرة مع تفعيل «الذرة اليمنى تتحرك بحرية» لتراها تهتز، وفعّل «احتكاك (اهتزاز مخمَّد)» لإخماد الحركة، واضغط «العودة إلى البداية» للبدء من جديد.

المعاملات القابلة للتغيير

• زوج الذرات Ne – Ne, Ar – Ar, O – O, مخصص
• σ – قطر الذرة للزوج المخصص (pm) 200–500
• ε – شدة التآثر للزوج المخصص (meV) 2–20
• إظهار سهم قوة التجاذب
• إظهار سهم قوة التنافر
• إظهار سهم القوة المحصلة
• الذرة اليمنى تتحرك بحرية عند تركها
• احتكاك (اهتزاز مخمَّد)

أسئلة للاستكشاف

1. عند أي مسافة تنعدم القوة المحصلة بين الذرتين، وأين تقع هذه المسافة على منحنى طاقة الوضع؟
2. لماذا يصبح منحنى طاقة الوضع شديد الانحدار عندما تقترب الذرتان كثيرًا؟
3. أي الزوجين له بئر طاقة أعمق: Ne–Ne أم Ar–Ar؟ وماذا يعني ذلك لقوة التجاذب بين الذرات؟