348
Глава 3.
Каждая молекула состоит из многих атомов, и вся поверхность молекул имеет бугристую форму, на каждом бугре - присоединенном вихре эфира потоки движутся в направлении, определенном внутренним строением молекулы, и потоки эфира, исходящие от молекул-катализаторов, создают на каждом из таких участков свои падения давления эфира. В результате на молекулу действуют различные силы, приложенные к ее поверхности. Эти силы создают моменты, разворачивающие молекулы реагенты в пространстве, причем по мере приближения к молекуле катализатора эти силы и моменты увеличиваются.
Возникает вопрос о порядке величин таких сил и моментов и
о порядке величин времени, необходимом для разворота молекул- реагентов в пространстве.
В качестве исходной модели примем гантелеобразную форму молекулы, состоящую всего из двух атомов гелия, разнесенных на расстояние в 10-10 м, наиболее близким к такой модели является атом бора, в ядре которого две альфа-частицы соединены одним протоном.
Поверхность такой модели составит 10-20 м2, и при плотности эфира порядка 10-11 кг/м3 и скорости потоков эфира от 102 до 1011 м/с, падение давления на поверхности молекулы может меняться в весьма широком диапазоне от 10-5 до 1011 Па, что создаст на ней силы от 10-25 до 10-9Н. При радиусе в 10-10 м эти силы создадут момент M от 10-35 до 10-19 Нм
Момент инерции такой молекулы будет определяться массой ядер атомов в 7.10-19 кг, разнесенных в данной модели на расстояние в r = 10-10 м, и составит порядка J = mr2 = 7.10-39 кг.м2.
Угловое ускорение, полученное молекулой от приложения разворачивающего момента составит от
М
ю' =--; ю\ = 1,5.103 рад/с; ю'2 = 1,5.1019 рад/с. (3.3)
J
Молекула будет развернута на угол п в течение времени
Молекулы и химические взаимодействия
349
или в данном случае от t1 = 6.102 с до t2 = 6.10-10с.
Если реакция протекает в жидкой фазе, то реагируют друг с другом те молекулы-реагенты, которые находятся в непосредственной близости от молекулы-катализатора. Слабая связь молекул в жидкости позволяет им достаточно свободно поворачиваться под воздействием эфирных потоков молекулы-катализатора и приближаться к ней. Они могут прореагировать между собой на некотором расстоянии от поверхности молекулы-катализатора, но могут это сделать и после установки на ее поверхность. Здесь время реакции может быть достаточно большим.
Таким образом, соединение молекул-реагентов в новую молекулу может произойти еще на подлете к молекуле-катализатору, поскольку уже на некотором расстоянии от нее молекулы- реагенты сориентированы относительно друг друга нужным образом, и они начнут притягиваться друг к другу еще на некотором расстоянии от поверхности молекулы-катализатора.
Однако если речь идет о реакции веществ, находящихся в газообразной фазе, то возникает вопрос о времени нахождения молекул-реагентов в поле скоростей эфирных потоков молекулы- катализатора и достаточности этого времени для разворота молекул.
При температуре порядка 20оС скорость теплового движения двухатомных молекул типа N2 или О2 составит порядка 500 м/с, и время прохождения оболочки Ван дер Ваальса составит
10-5
t = -= 2.10-8 с,
500
