分子间的引力和斥力

毛卓飞

物体是由一个个分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动.为什么折断一根木条、拉断一根棉线也要费相当大的力气呢？原来分子之间存在着相互作用的吸引力.要把物体的一部分跟另一部分分开，就必须克服分子之间的吸引力.分子间的吸引力，使我们很难将固体拉长，就连伸长了的橡皮筋，一松开手就要恢复原来的长度.有了分子间的吸引力，两块铅压紧后就能连在一起，难以分开；两滴水银靠近后就会自动地融合成一大滴水银.由于分子的引力作用，露珠总是圆的、量筒中的水面总是凹形的，往水杯中倒水，可以倒到稍稍高出杯沿，也不会溢出.如果没有分子间的引力，老师用粉笔在黑板上板书时就不会留下字迹，用胶水也不能将两张纸黏合在一起.

细心的同学也许会发现，在一满杯开水中，慢慢地倒入一匙奶粉，水不会溢出，这是为什么呢？科学家做过这样一个实验：在一根1米长的细玻璃管中放一半水，再放一半的酒精，用手堵住管口，来回倒置几次，总的高度下降1厘米多.这一实验说明了水分子、酒精分子之间有空隙.在酒精与水混合的过程中，部分酒精分子进入了水分子的空隙中，也有部分水分子进入到了酒精分子的空隙中，使得水和酒精的总体积减小.用高分辨率的电子显微镜拍摄的三硫化二钛（Ti2S3）晶体内部结构的图像，也证实了分子间空隙的存在.奶粉慢慢倒入奶瓶，水不溢出，就是因为牛奶分子运动到水分子间隙中的缘故.

既然分子间有空隙，在分子之间的引力作用下，物体的体积应该越来越小才对，可是，生活中固体、液体的体积不仅不会自动缩小，连用力压缩它们也非常困难.原来物体分子存在着相互作用的引力的同时，也存在着相互作用的斥力.固体和液体很难被压缩，正是由于分子间存在斥力的缘故.给自行车打气时，气筒活塞刚开始往下压时，比较轻松，越往下压，所需的压力就越大.这一现象说明气体分子间也存在斥力，且大小都随着分子间的距离的减小而增大.

在我们的周围，有许多现象可以说明分子间作用力与分子间距离的关系.棉线一拉即断，而金属丝却不容易拉断，就是因为棉线分子间距离比金属丝分子间的距离大，棉线分子间作用力比金属丝分子间的作用力小.分子之间可以发生相互作用的距离很短，是一种短程力.一般说来，当分子间的距离超过它们的直径10倍以上时，相互作用就变得十分微弱，可以认为分子力等于零.打碎的玻璃不能“破镜重圆”，其原因是玻璃打碎后拼在一起，分子间的距离远大于分子直径的10倍以上，分子间的作用力变得非常微弱.如果把玻璃片的裂开处烧熔，然后再对接在一起，玻璃分子间的距离缩小，达到产生引力的距离，那么“破镜重圆”将变为可能.邮票刚贴在信封上时容易揭下，等胶水干了以后就很难直接把邮票完整地从信封上揭下来，就是由于胶水干了以后，邮票和信封的纸分子间距离减小到进入分子作用力的范围，所以直接把邮票完整地从信封上揭下来就很困难了.

物质所处的状态其实也与分子间的作用力有关，固态物质的分子排列比较紧密，分子间间隙也比较小，分子间作用力大，分子只能在固定的位置附近振动，因而固体具有固定的形状和固定的体积；液态物质的分子排列密度较小，分子间的间隙较大，分子间引力比固体分子间的引力小些，它们的分子比较容易离开原来的位置在其他分子之间运动，因此，液体虽有固定的体积，但无固定的形状；气态物质分子间的距离很大，分子间的引力几乎为零，每个分子可以在任意的空间内自由活动，因而气体既无固定的形状，也无固定的体积.

分子间的引力和斥力是同时存在的，物体分子间表现出来的作用力，其实是分子引力和斥力的合力.分子间的距离等于某一数值时，它们之间的引力和斥力恰好相等，分子处于平衡状态，分子间作用力表现为零.分子间的距离发生变化时，引力和斥力的大小都随着变化，但分子间距离的变化对斥力的影响要比对引力的影响大些，当物体被压缩时，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增加得更快，使得斥力大于引力，表现为斥力，阻碍物体的压缩；但当物体受到拉伸时，分子间的斥力和引力都减小，但斥力比引力减小得快，使得引力大于斥力，表现为引力，阻碍物体的拉伸.

要把弹簧拉长，需要消耗能量.同样要克服分子间的作用力，使分子间的距离不断加大；要实现物态的变化，也需要消耗能量，这就是熔化、汽化、升华需要吸热的根本原因.你也许曾有这样的疑问：晶体熔化时或液体沸腾时既然温度不升高，但为什么仍需吸热呢？我想你现在一定能解释这一现象了吧.大家都知道液体蒸发的快慢跟液体的温度、液体的表面积、液体表面的气流速度有关.但你是否发现在液体的温度、表面积、液体表面的气流速度相同时，汽油或酒精的蒸发明显比水的蒸发快得多，其中的原因也应该与分子间的引力有关.