Определение числа молекул в металлическом теле

Обновлено: 08.01.2025

В молекулярной физике главные «действующие лица» — это молекулы, невообразимо маленькие частицы, из которых состоят все на свете вещества. Ясно, что для изучения многих явлений важно знать, каковы они, молекулы. В частности, каковы их размеры.

Когда говорят о молекулах, их обычно считают маленькими упругими твердыми шариками. Следовательно, знать размер молекул, значит знать их радиус или диаметр.

Несмотря на малость молекулярных размеров, физики сумели разработать множество способов их определения. В одном используется свойство некоторых (очень немногих) жидкостей растекаться в виде пленки толщиной в одну молекулу. Вдругом, размер частицы определяется с помощью сложного прибора – ионного проектора.

Строение молекул изучают различными экспериментальными методами. Электронография, нейтронография и рентгеновский структурный анализ позволяют получать непосредственную информацию о структуре молекул. Электронографии, метод, исследующий рассеяние электронов на пучке молекул в газовой фазе, позволяет рассчитать параметры геометрической конфигурации для изолированных сравнительно простых молекул. Нейтронография и рентгеновский структурный анализ ограничены анализом структуры молекул либо отдельных упорядоченных фрагментов в конденсированной фазе. Рентгенографические исследования кроме указанных сведений дают возможность получить количественные данные о пространственном распределении электронной плотности в молекулах.

Спектроскопические методы основаны на индивидуальности спектров химических соединений, которая обусловлена характерным для каждой молекулы набором состояний и отвечающих им энергетических уровней. Эти методы позволяют проводить качественный и количественный спектральный анализ веществ.

Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение их поведения во внешних электрических и магнитных полях.

Существуют, однако, очень простые способы определения размеров молекул:

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно, , где М — молярная масса вещества N_A — число Авогадро. Отсюда объем V₀ одной молекулы определяется из равенства

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе. Обратное же отношение есть плотность вещества, так что .

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен , где r - радиус шарика. Поэтому , откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10 -9 моль 1/3 , поэтому формула для r принимает вид .

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен r_В ≈ 1,9 · 10 -10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – молекулы.

Необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набрать 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитать число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, найти среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитать объём исследуемой жидкости в капле: , где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.

В ванну налить воду толщиной 1 – 2 см. Насыпать тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуть с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капнуть одну каплю раствора. Линейкой измерить, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторить 2- 3 раза, а затем подсчитать диаметр молекул d.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S - площадь масленого пятна. Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м 3 ). Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см 3 и перевести в м 3 , для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд. Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 40 0 С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле: .

Ход эксперимента:

1. Определение объёма капли растительного масла.

В мерный цилиндр (мензурку) накапать 190 капель масла и определить объём их. Используя формулу для определения объёма1 капли масла из метода Ленгмюра и Дево (2 способ), рассчитать объем капли.

2. Определение площади масляного пятна.

Для того, чтобы получить масляное пятно провести несколько экспериментов.

В ванну размером 40×30 см необходимо налить воду и капнуть 1 каплю растительного масла, а затем наблюдать, как расплывается пятно, когда оно перестанет расплываться – измерить его диаметр.

К уроку физики

1. Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: х = 2 – 10t – 3t 2 . Опишите характер движения. Каковы начальная скорость и ускорение? Запишите уравнение для проекции скорости.

2. Какие из приведенных зависимостей описывают равномерное движение?

1) х = 4t + 2; 2) х = 3t 2 ; 3) х = 8t; 4) v = 4 - t; 5) v = 6.

3. Тело, двигаясь равноускоренно, за третью секунду проходит расстояние 2,5 м. Определить перемещение тела за пятую секунду.

4. Автобус отъезжает от остановки с ускорением 2 м/с 2 . Какой путь он пройдет за 5 с?

5. На рисунке изображены графики проекций скоростей двух тел.

Определите: а) вид движения тел; б) ускорения движения тел; в) через сколько секунд после начала движения скорости тел будут одинаковыми. Запишите

зависимости координат тел от времени.

Контрольные вопросы к Пр №1 Комплект 2

1. Какие из приведенных зависимостей описывают равноускоренное движение? 1) х = 3 + 2t; 2) х = 4 + 2t; 3) v = 5; 4) х = 8 – 2t – 4t 2 ; 5) х = 10 + 5t 2 .

2. Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: х == 3 - 0,4t. Опишите характер движения. Запишите уравнение для проекции скорости.

3. Ускорение тела равно -5 м/с 2 . Как это понимать? Объясните.

4. Проекция скорости движения задана уравнением v x = 8 – 2t. Запишите уравнение для проекции перемещения и определите, через какое время скорость тела станет равной нулю.

5. Уклон длиной 100 м лыжник прошел за 20 с, двигаясь с ускорением 0,3 м/с 2 . Какова скорость лыжника в начале и в конце уклона?

Контрольные вопросы к Пр №1 Комплект 3

1. Поезд, двигаясь под уклон, прошел за 20 с путь 340 м и развил скорость 19 м/с. С каким ускорением двигался поезд и какой была скорость в начале уклона?

2. При взлете самолет должен набрать скорость 180 км/ч. На каком расстоянии от места старта на взлетной дорожке самолет достигнет этого значения скорости, если его ускорение постоянно и равно 2,5 м/с 2 ?

3. Ускорение тела равно 3 м/с 2 . Что это означает? Объясните.

4. Автобус, движущийся со скоростью 54 км/ч, вынужден был остановиться за 3 с. Найти проекцию ускорения автобуса и длину тормозного пути, считая ускорение постоянным.

5. Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: х = 4 + 5t + 2t 2 . Опишите характер движения. Каковы начальная скорость и ускорение? Запишите уравнение для проекции скорости.

Контрольные вопросы к Пр №1 Комплект 4

2. Определите вид движения, соответствующий участкам графика АВ и ВС. Чему равно ускорение тела на каждом из участков? Какова величина скорости тела в начале и в конце движения?

3. При равноускоренном движении из состояния покоя тело проходит за 5-ю секунду 90 см. Определите путь тела за седьмую секунду.

За какое время автомобиль, двигаясь из состояния покоя с ускорением 0,6 м/с 2 , пройдёт путь 30 м?
Какой путь пройдёт тело за 5 с, если его ускорение 2 м/с 2 ?

Контрольные вопросы к Пр №1 Комплект 5

1. По графику проекции ускорения построить график для проекции скорости, если начальная скорость равна 2 м/с, начальная координата равна 1 м.

2. Автомобиль двигался 0,5 ч со скоростью 10 м/с. Какой путь он прошел?

4. Ускорение тела равно 2 м/с 2 . На сколько изменится скорость этого тела за 1 с?

5. Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: х == 3 - 0,4t. Опишите характер движения. Запишите уравнение для проекции скорости.

Контрольные вопросы к Пр №1 Комплект 6

1. По графику проекции скорости построить график проекции ускорения.

2. Проекция скорости движения задана уравнением v x = 8 – 2t. Запишите уравнение для проекции перемещения и определите, через какое время скорость тела станет равной нулю.

3. Автобус отъезжает от остановки с ускорением 2 м/с 2 . Какой путь он пройдет за 5 с?

4. Уклон длиной 100 м лыжник прошел за 20 с, двигаясь с ускорением 0,3 м/с 2 . Какова скорость лыжника в начале и в конце уклона?

5. Какие из приведенных зависимостей описывают равноускоренное движение? 1) х = 3 + 2t; 2) х = 4 + 2t; 3) v = 5; 4) х = 8 – 2t – 4t 2 ; 5) х = 10 + 5t 2 .

Предварительный просмотр:

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Определение начальной скорости вылета снаряда и дальности его полета при горизонтальной стрельбе.

Оборудование: 1) баллистический пистолет;

2) лабораторный штатив; 3) писчая и копировальная бумага; 4) измерительная лента или рулетка.

Закрепить внизу штатива баллистический пистолет под углом 90° к горизонту. Произвести предварительный выстрел из пистолета и заметить, на какую приблизительно высоту поднимется снаряд. Определить высоту подъема снаряда Н м . Повторить опыт 2—3 раза, каждый раз определяя высоту максимального подъема снаряда, и найти среднее ее значение.

По формуле высоты максимального подъема определить начальную скорость вылета снаряда.

3. Закрепить в штативе баллистический пистолет на высоте h над столом и установить его горизонтально. По формуле дальности полета при горизонтальной стрельбе определить дальность полета.

4. Произвести 3—4 выстрела и измерить среднюю дальность полета снаряда.

5. Сравнить вычисленную дальность полета с дальностью полета полученной экспериментально.

Сделайте вывод. Ответьте на контрольные вопросы.

Практическая работа №4

«Определение числа молекул в металлическом теле»

Цель работы : сформировать умение измерения числа молекул любого количества вещества массой m и молярной массой М.

Оборудование: металлические предметы правильной геометрической формы, линейка, справочные таблицы.

Записать формулу числа молекул любого количества вещества массой m и молярной массой М.
Для определения массы записать формулу зависимости массы от плотности вещества.
Сделать необходимые измерения для вычисления объёма тела.
В справочных таблицах найти плотности веществ.
Перевести все единицы в систему СИ.
Произвести расчёт числа молекул.

Практическая работа №5.

Измерение удельной теплоемкости вещества

Цель р а боты: сформировать умение измерения теплоемкости, основанное на использовании уравнения теплового баланса ,

Оборудование: весы с разновесами, калориметр, электронный термометр, стакан с водой комнатной температуры, стакан с горячей водой, электроплитка, металлический брусок.

Порядок выполнения работы:

Исследуемым веществом является материал , из которого изготовлен металлический брусок.

Весы готовят к взвешиванию и уравновешивают. Определяют массу бруска. После этого брусок помещают в сосуд с кипящей водой. Перед погружением к бруску привязывают нить, за которую будут извлекать его из кипятка.

Определяют массу внутреннего стакана калориметра, после чего стакан заполняют примерно на 2/3 водой комнатной температуры и снова взвешивают. Вычисляют массу налитой воды.

. Термометр погружают в воду , находящуюся в калориметре, и измеряют ее температуру . Не вынимая термометра , в калориметр помещают брусок, предварительно измерив температуру кипящей воды.

По движению столбика жидкости термометра ученики определяют момент наступления теплового равновесия и измеряют температуру, при которой достигается тепловой баланс.

Используя данные измерений, составить уравнение теплового баланса и вычислить удельную теплоемкость материала, из которого изготовлен брусок.

Запишите формулу для расчёта количества теплоты, которое получила вода при нагревании:

Запишите формулу для расчёта количества теплоты, отданного металлическим телом при охлаждении:

Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании, равно количеству теплоты, отданному цилиндром при охлаждении, запишите:

В полученном уравнении неизвестной величиной является удельная теплоёмкость исследуемого тела, вычислите её. Сравните полученное значение с табличным и определите, из какого материала изготовлен брусок.

Результаты вычислений и расчетов представляют в виде таблицы.

В таблице: m бр — масса бруска; m к — масса стакана калориметра; m кв — масса стакана калориметра с водой; m в — масса воды в калориметре; t в0 - начальная температура воды в калориметре; t б - температура бруска; t d — температура воды после установления теплового равновесия; с — удельная теплоемкость материала бруска.

Контрольные вопросы к Пр №5 Вариант 1

1. В каких перечисленных ниже случаях происходит изменение внутренней энергии тела? Выберите правильный ответ. А. При изменении потенциальной энергии тела. Б. При изменении кинетической энергии тела. В. При осуществлении теплопередачи телу без совершения работы.

2. С газом выполняют указанные ниже процессы. При каких процессах работа газа равна нулю? Выберите правильный ответ. А. При изохорном нагревании. Б. При изотермическом расширении. В. При изобарном охлаждении.

3. Газ изотермически расширяется. Выберите правильное утверждение. А. Внутренняя энергия газа увеличивается. Б. Давление газа увеличивается. В. Работа газа положительна.

4. « Внутренняя энергия идеального газа определяется . ». Выберите правильное продолжение фразы.

А. . кинетической энергией хаотического движения молекул.

Б. . потенциальной энергией взаимодействия молекул друг с другом.

В. . кинетической энергией хаотического движения молекул

и потенциальной энергией их взаимодействия.

5. При постоянном давлении р объем газа увеличился на ΔV. Какая физическая величина равна произведению р ΔV в этом случае? Выберите правильный ответ.

А. Работа, совершенная газом.

Б. Работа, совершенная над газом внешними силами.

В. Внутренняя энергия газа.

6. При постоянном давлении 10 5 Па объем воздуха, находившегося в квартире, увеличился на 20 дм 3 . Какую работу совершил газ? Выберите правильный ответ.

Исследовательская работа по физике: "Определение размеров молекул различных веществ"

Исследовательская работа по физике была защишена на научно - практической конференции.

Вложение	Размер
issledovatelskaya_rabota.rar	1.78 МБ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Снежногорская средняя общеобразовательная школа»

III муниципальная научно-практическая конференция

«На перекрёстке наук»

Определение размеров молекул

Александрикова Татьяна Алексеевна,

Двойнова Марина Валерьевна,

Введение ………………………………………………………………………………………3
Глава I. Что такое молекула. …………………………………………………4

Глава II. Методы определения размеров молекул ….……………………………………5

Глава III. Определение диаметра молекул ……………………7

Заключение ………………………………………………………………………………….8
Список использованной литературы ………………………………………………………..9

Все тела, которые нас окружают, состоят из мельчайших частиц – молекул. Очень интересно узнать, каковы размеры молекул? Как их можно определить? Из-за очень малых размеров молекулы нельзя увидеть невооруженным глазом или с помощью обыкновенного микроскопа. Их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Ученые доказали, что молекулы разных веществ отличаются друг от друга, а молекулы одного и того же вещества одинаковы. На практике измерить диаметр молекулы можно, но к сожалению, в школьной программе не предусмотрено изучение проблем такого рода.

Цель исследования: определить диаметр молекулы растительного масла.

Объект исследования: молекула растительного масла

Предмет исследования: диаметр молекулы.

Гипотеза: известно, из разных источников, что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10 -7 до 10 -10 м.

Изучение методов определения размеров молекул.
Проведение эксперимента по определению размеров молекул.
Анализ полученных результатов.
Сравнение диаметра молекул полученных экспериментальным методом с статистическими данными.

Актуальность: работа относится к прикладным исследованиям и поможет лучше разобраться в вопросе определение размеров молекул.

Глава I. Что такое молекула?

Молекула в современном понимании – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна к самостоятельному существованию.

Различными способами было определено, что в 1 см 3 любого газа при нормальных условиях содержится около 2,7×10 19 молекул.

Чтобы понять, насколько велико это число, можно представить, что молекула – это «кирпич». Тогда если взять количество кирпичей, равное числу молекул в 1 см 3 газа при нормальных условиях, и плотно уложить ими поверхность суши всего земного шара, то они покрыли бы поверхность слоем высотой 120 м, что почти в 4 раза превосходит высоту 10-этажного дома. Огромное число молекул в единице объёма указывает на очень малые размеры самих молекул. Например, масса молекулы воды m=29,9×10 -27 кг. Соответственно малы и размеры молекул. Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им позволяет сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным, так как на молекулярных расстояниях представления классической физики не всегда оправданы. Средний размер молекул порядка 10 -10 м.

Если бы размер молекулы увеличить до размера точки в конце предложения в книге, то толщина человеческого волоса стала бы равна 40 м, а человек, стоя на поверхности Земли, упирался бы головою в Луну! Если из детского резинового шарика, надутого и наполненного водородом (массой 3г), каждую секунду выпускать по 1 миллиону молекул, то понадобится 30 миллиардов лет!

Молекула – это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара – сладкая, а соли – соленая. Молекулы состоят из атомов. Размеры молекул ничтожно малы.

Как добыть молекулу из вещества? – механическим дроблением вещества. Каждому веществу соответствует определенный вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) или из нескольких одинаковых или различных атомов, или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.

Молекулы одного и того же вещества во всех агрегатных состояниях одинаковы.

Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, то есть расширение и сжатие вещества при изменении температуры, и явление диффузии. Молекулы вещества находятся в непрерывном тепловом движении.

Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то все, что останется, сможет пролезть через игольное ушко.

Глава II. Методы определения размеров молекул

Несмотря на малость молекулярных размеров, физики сумели разработать множество способов их определения. В одном используется свойство некоторых (очень немногих) жидкостей растекаться в виде пленки толщиной в одну молекулу. В другом, размер частицы определяется с помощью сложного прибора – ионного проектора.

Число молекул в теле массой m равно, как известно, , где М — молярная масса вещества N A — число Авогадро. Отсюда объем V 0 одной молекулы определяется из равенства

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен r В ≈ 1,9 · 10 -10 м.

где d – диаметр молекулы.

Глава III. Определение диаметра молекулы

После изучения способов определения размера молекулы был выбран наиболее подходящий – третий способ.

ную массу растительного масла, а для этого необходимо знать химическую формулу растительного масла. Второй способ также невыполним, так как в данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. Такой жидкостью может быть олеиновая кислота, которую сложно приготовить в школьной лаборатории.

Для проведения эксперимента был определён перечень лабораторного оборудования: шприц, лабораторная чашка, масляные вещества(вазелиновое масло, дизельное топливо, машинное масло), перманганат калия, линейка измерительная.

Цель работы: определить диаметр молекулы.

Набираем исследуемую жидкость в мерный шприц.
Определяем объём вещества по шкале нанесенной на шприц.
Измеряем массу исследуемого вещества на электронных весах. Прежде чем, набрали вещество в шприц мы определили массу пустого шприца.
Наливаем жидкость из шприца в воду, а затем наблюдаем, как расплывается пятно. Для того чтобы капля растекалась быстрее мы взяли воду нагретую примерно до 40 градусов, чтобы расплывшееся пятно было лучше видно мы добавили перманганат калия.
Измеряем диаметр образовавшегося пятна мерной линейкой.
Вычисляем площадь пятна. Образовавшееся пятно имеет форму круга, поэтому для определения его площади можно использовать формулу площади круга

Все измерения и вычисления мы занесли в таблицу, по которой видно, что диаметры молекул исследуемых веществ подтверждают нашу гипотезу о том что диаметр молекул может принимать значения от 10 -7 до 10 -10 м.

Определение объёма капли растительного масла.

В мерный цилиндр (мензурку) накапали 190 капель, общий объём которых составил 10 мл. Использую формулу для определения объём исследуемой жидкости в капле из метода Ленгмюра и Дево (2 способ), получаем .

Для того, чтобы получить масляное пятно провели несколько экспериментов.

Для определения площади пятна использовали формулу: .

Определение диаметра молекулы растительного масла.

Используем формулу: , получаем .

Вывод: при расчёте диаметра молекулы растительного масла я получила значение , которое соответствует табличным данным.

В результате работы я изучила литературу о молекулах, о методах определения диаметра

молекул. Используя полученные знания, я провела исследования по определению приблизительного диаметра молекулы растительного масла и получила следующий результат: .

Данный результат подтвердил моё предположение (гипотезу), что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10 -7 до 10 -10 м.

Цель моей работы достигнута, но изучение темы «Молекулы» ещё не закончено. На этом небольшом исследовании останавливаться не буду, так как есть много вопросов, на которые хочется найти ответы не только в книжках, но и убедиться самому, выполняя эксперимент. Например, ответить на вопросы: двигаются ли молекулы? Каковы размеры молекулы воды и как определить?

Количество вещества. Постоянная Авогадро

1)Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов, ионов и др.

Молекула — мельчайшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию и сохраняющая некоторые его свойства. Молекулы, образующие данное вещество, совершенно одинаковы; различные вещества состоят из различных молекул. В природе существует чрезвычайно большое количество различных молекул. Молекулы состоят из более мелких частиц - атомов.

Атомы — мельчайшие частицы химического элемента, сохраняющие его химические свойства. Число различных атомов сравнительно невелико и равно числу химических элементов (105) и их изотопов (около 1500). Атомы представляют собой весьма сложные образования, но классическая МКТ рассматривает их как твердые неделимые частички сферической формы, взаимодействующие между собой по законам механики.

Доказательством молекулярного строения вещества является диффузия, распространение запахов, при котором отдельные молекулы раздражают центры обоняния, а также фотографии молекул, полученные с помощью электронного микроскопа и ионного проектора.

2)Молекулы находятся на определенных расстояниях друг от друга.

Доказательством этого является возможность сжатия твердых тел и растворения одних веществ в других.

Величина этих расстояний зависит от степени нагретости тела и агрегатного состояния вещества.

3)Молекулы связаны друг с другом силами молекулярного взаимодействия - притяжения и отталкивания.

Эти силы зависят от расстояния между частицами (см.ниже, 6.4).

Опытным доказательством этого положения является трудность сжатия и растяжения твердых и жидких тел.

4)Молекулы находятся в непрерывном беспорядочном (тепловом) движении.

Характер теплового движения (поступательное, колебательное, вращательное) молекул зависит от характера их взаимодействия и изменяется при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Интенсивность теплового движения зависит от степени нагретости тела, характеризуемой абсолютной температурой. Доказательством этого положения является броуновское движение, диффузия, распространение запахов, испарение веществ и др. В настоящее время МКТ обоснована не какими-то отдельными экспериментами, а успешным развитием и применением на практике больших разделов физики и химии, использующих основные представления МКТ.

Диффузия

Диффузия — самопроизвольное взаимное проникновение молекул соприкасающихся веществ. При диффузии молекулы одного тела, находясь в непрерывном движении, проникают в промежутки между молекулами другого соприкасающегося с ним тела и распределяются между ними. В одном и том же неоднородном веществе вследствие движения молекул концентрация вещества выравнивается — вещество становится однородным.

Диффузия проявляется во всех телах — в газах, жидкостях и твердых телах, — но в разной степени. Диффузию в газах можно наблюдать, если, например, сосуд с пахучим газом открыть в помещении. Через некоторое время газ распространится по всему помещению.

Диффузия в жидкостях происходит значительно медленнее, чем в газах. Например, если в стакан налить сначала слой раствора медного купороса, а затем очень осторожно добавить слой воды и оставить стакан в помещении с неизменной температурой, где бы он не подвергался никаким сотрясением, то через некоторое время исчезнет резкая граница между купоросом и водой, а через несколько дней жидкости перемешиваются, несмотря на то, что плотность купороса больше плотности воды.

Диффузия в твердых телах происходит еще медленнее, чем в жидкостях (от нескольких, часов до нескольких лет). Она может наблюдаться только в хорошо отшлифованных телах, когда расстояние между поверхностями отшлифованных тел близки к расстоянию между молекулами (10~ 8 см). При этом скорость диффузии увеличивается при повышении температуры и давления.

Броуновское движение

Броуновское движение открыто в 1827 г. английским ботаником Р.Броуном, теоретическое обоснование с точки зрения МКТ дано в 1905 г. aaЭйнштейном и Смолуховским.

Броуновское движение — это беспорядочное движение мельчайших твердых частиц "взвешенных" в жидкостях (газах).

"Взвешенные" частицы — это частицы, распределенные по объему жидкости, не оседающие на дно и не всплывающие на поверхность жидкости.

Для броуновского движения характерно:

1) броуновские частицы совершают непрерывное хаотическое движение, интенсивность которого зависит от температуры и от размеров броуновской частицы;

2) траектория движения броуновской частицы очень сложная, не зависит от природы частиц и внешних условий.

3) Броуновское движение наблюдается в жидкостях и газах. Причинами броуновского движения являются:

1) хаотическое движение молекул среды 2)Нескомпенсированость ударов малекул на данную частичу Броуновское движение свидетельствует, что молекулы действительно существуют и что они непрерывно и хаотически движутся.

Масса молекул

Измерить массу молекулы обычным путем, т.е. взвешиванием, конечно, невозможно. Она для этого слишком мала. В настоящее время существует много методов определения масс молекул, в частности - с помощью масс-спектрографа. С их помощью определены массы то всех атомов таблицы Менделеева.

Так, для изотопа углерода 12/6*С т0= 1,995 ■ 10~ 26 кг.

Поскольку массы атомов и молекул чрезвычайно малы, то при расчетах обычно используют не абсолютные, а относительные значения масс, получаемые путем сравнения масс атомов и молекул с атомной единицей массы, в качестве которой выбрана 1/12 часть массы атома углерода 1 а.е.м. = 1/12 *т0C= 1,660 • 10' 27 кг .

Относительной молекулярной (или атомной) массой Мr

называют величину, показывающую, во сколько раз масса молекулы (или атома) больше атомной единицы массы. Относительная молекулярная (атомная) масса является безразмерной величиной.

Относительные атомные массы всех химических элементов указаны в таблице. Относительная молекулярная масса данного вещества равна сумме относительных атомных масс элементов, входящих в состав данного вещества. Ее рассчитывают, пользуясь таблицей Менделеева и химической формулой вещества.

Так, для воды (Н2О ) Мr= 1*2 + 16 = 18.

Количество вещества. Постоянная Авогадро

Количество вещества, содержащегося в теле, определяется числом молекул (или атомов) в этом теле. Поскольку число молекул в макроскопических телах очень велико, для определения количества вещества в теле сравнивают число молекул в нем с числом атомов в 0,012 кг углерода.

Количество вещества υ — величина, равная отношению числа молекул (атомов) N в данном теле к числу атомов N_А в 0,012 кг углерода. υ=N/Na [υ]=1моль; υ=m/M

1 моль — количество вещества, содержащее столько же структурных элементов (атомов, молекул, ионов), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12/6*С .

Число молекул в одном моле вещества --- постоянной Авогадро

Na=0.012/m0C; Na=6.02*10 23 моль -1

Масса вещества, взятого в количестве 1 моля -- молярной массой М.

M=m0N;[M]=1кг/моль;M=Mr*10 3 ; N=υNa-число малек;m0=M/Na-мас.1 малек; m=m0N=m0υNa=υM

Размеры молекул

Размер молекулы является величиной условной. Между молекулами наряду с силами притяжения действуют и силы отталкивания, поэтому молекулы могут сближаться лишь до некоторого расстояния.

Расстояние предельного сближения центров двух молекул называют эффективным диаметром молекулы d (при этом считают, что молекулы имеют сферическую форму).

Метод определения размеров малек:

В твердых и жидких телах молекулы расположены очень близко одна к другой, почти вплотную. Поэтому можно считать, что V, занимаемый телом некоторой массы т, приблизительно = сумме объемов всех его молекул.V1=V/N; N=m/M*Na;V1=VM/mNa;

ρ=m/V-плотность тела. малекула—шар, то d=2r; V1=4/3πr^3=πd^3/6;

Идеальный газ

Форму и объем тела определяет совместное действие двух факторов: 1) взаимодействие молекул, которое стремится удержать молекулы на определенных расстояниях друг от друга; 2) хаотическое движение молекул, которое разбрасывает их по всему объему.

Молекулы газа разлетаются по всему предоставленному для него объему. Следовательно, главную роль в поведении газа играет хаотическое движение молекул, а силы взаимодействия малы, и ими можно пренебречь. Это означает, что молекулы газа движутся равномерно и прямолинейно, пока не столкнутся с другими молекулами. При столкновении изменяется величина и направление скорости движения молекулы, и она снова движется равномерно прямолинейно до следующего столкновения. Длина свободного пробега (расстояние между двумя последовательными столкновениями молекулы) X ~ 10~ 7 м. При такой длине свободного пробега только 0,04% пространства, занятого газом, приходится на собственный объем его молекул. Это дает право воспользоваться моделью идеального газа.

Идеальный газ — это газ с достаточно простыми свойствами:

1) молекулы его исчезающе малы и их собственным объемом можно пренебречь, по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ;

2) между молекулами идеального газа нет сил взаимодействия;

3) молекулы идеального газа ведут себя при столкновениях как абсолютно упругие шарики.

При небольших давлениях и не очень низких температурах реальные газы близки к идеальному газу.При высоких давлениях молекулы газа сближаются, что пренебречь их собственным объемом нельзя и между ними возникают заметные силы притяжения.При низких температурах кинетическая энергия уменьшается и становится сравнимой с потенциальной энергией и пренебречь последней нельзя.

Для описания свойств газов можно пользоваться:1)микроскопическими параметрами (скорость, масса молекулы, ее энергия и др.), которые являются индивидуальными характеристиками молекул и численные значения которых находятся только расчетным путем; 2) макроскопическими параметрами (давление, температура, объем газа), значение которых определяется совместным действием огромного числа молекул. Макропараметры — это параметры газа как физического тела. Численные значения их находят простым измерением с помощью приборов.

Давление газа — это средняя сила ударов молекул о тело (например, о стенки сосуда), отнесенная к единице его поверхности.

Абсолютная температура Т— мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул (см. раздел 6.11).

Читайте также: