अणु विभिन्न आकार और आकार में आते हैं। स्पष्टता के लिए, हम अणु को एक गेंद के रूप में चित्रित करेंगे, यह कल्पना करते हुए कि यह एक गोलाकार सतह से ढका हुआ है, जिसके अंदर इसके परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक गोले हैं (चित्र 4, ए)। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, अणुओं का कोई ज्यामितीय रूप से परिभाषित व्यास नहीं होता है। इसलिए, अणु के व्यास d को दो अणुओं (चित्र 4, बी) के केंद्रों के बीच की दूरी के रूप में लेने पर सहमति हुई, जो इतने करीब हैं कि उनके बीच आकर्षक बल प्रतिकारक बलों द्वारा संतुलित होते हैं।

रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम से यह ज्ञात होता है कि किसी भी पदार्थ के एक किलोग्राम-अणु (किलोमोल) में, एकत्रीकरण की स्थिति की परवाह किए बिना, अणुओं की संख्या समान होती है, जिसे एवोगैड्रो संख्या कहा जाता है, अर्थात् एन ए = 6.02*10 26 अणु।

आइए अब एक अणु के व्यास का अनुमान लगाएं, उदाहरण के लिए पानी। ऐसा करने के लिए, एक किलोमोल पानी की मात्रा को एवोगैड्रो संख्या से विभाजित करें। एक किलोमोल पानी का एक द्रव्यमान होता है 18 किग्रा.यह मानते हुए कि पानी के अणु एक दूसरे के करीब स्थित हैं और इसका घनत्व है 1000 किग्रा/एम3,हम कह सकते हैं कि 1 किमीोलपानी का आयतन बढ़ जाता है वी = 0.018 एम3. पानी का एक अणु आयतन का हिसाब रखता है

अणु को एक गेंद के रूप में लेते हुए और गेंद के आयतन के सूत्र का उपयोग करके, हम अनुमानित व्यास की गणना करते हैं, अन्यथा पानी के अणु का रैखिक आकार:

तांबे के अणु का व्यास 2.25*10 -10 मी.गैस अणुओं के व्यास एक ही क्रम के होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन अणु का व्यास 2.47*10 -10 मीटर,कार्बन डाईऑक्साइड - 3.32*10 -10 मी.इसका मतलब यह है कि अणु का व्यास किस क्रम का है 10 -10 मी.लंबाई में 1 सेमी 100 मिलियन अणु आस-पास स्थित हो सकते हैं।

आइए एक अणु के द्रव्यमान का अनुमान लगाएं, उदाहरण के लिए चीनी (सी 12 एच 22 ओ 11)। ऐसा करने के लिए आपको बहुत सारे किलोमोल्स चीनी की आवश्यकता होगी (μ = 342.31 किग्रा/किलोमीटर)एवोगैड्रो की संख्या से विभाजित किया जाता है, अर्थात अणुओं की संख्या से

>>भौतिकी: आणविक गतिज सिद्धांत के मूल सिद्धांत। आणविक आकार

अणु बहुत छोटे होते हैं, लेकिन देखो उनके आकार और द्रव्यमान का अनुमान लगाना कितना आसान है। एक अवलोकन और कुछ सरल गणनाएँ पर्याप्त हैं। सच है, हमें अभी भी यह पता लगाने की ज़रूरत है कि यह कैसे करना है।
पदार्थ की संरचना का आणविक गतिज सिद्धांत तीन कथनों पर आधारित है: पदार्थ में कण होते हैं; ये कण बेतरतीब ढंग से चलते हैं; कण एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं. प्रत्येक कथन को प्रयोगों द्वारा कड़ाई से सिद्ध किया गया है।
बिना किसी अपवाद के सभी पिंडों के गुण और व्यवहार, सिलिअट्स से लेकर सितारों तक, एक दूसरे के साथ बातचीत करने वाले कणों की गति से निर्धारित होते हैं: अणु, परमाणु या यहां तक ​​कि छोटे गठन - प्राथमिक कण।
आणविक आकार का अनुमान.अणुओं के अस्तित्व के बारे में पूरी तरह से आश्वस्त होने के लिए, उनके आकार को निर्धारित करना होगा।
ऐसा करने का सबसे आसान तरीका यह है कि जैतून के तेल जैसे तेल की एक बूंद को पानी की सतह पर फैला हुआ देखा जाए। यदि बर्तन बड़ा है तो तेल कभी भी पूरी सतह को नहीं ढकेगा ( चित्र.8.1). 1 मिमी 3 की मात्रा वाली एक बूंद को फैलने के लिए मजबूर करना असंभव है ताकि यह 0.6 मीटर 2 से अधिक के सतह क्षेत्र पर कब्जा कर ले। यह माना जा सकता है कि जब तेल अधिकतम क्षेत्र में फैलता है, तो यह केवल एक अणु मोटी एक परत बनाता है - एक "मोनोमोलेक्यूलर परत"। इस परत की मोटाई निर्धारित करना आसान है और इससे जैतून के तेल के अणु के आकार का अनुमान लगाया जा सकता है।

आयतन वीतेल की परत उसके सतह क्षेत्र के उत्पाद के बराबर होती है एसमोटाई से डीपरत, यानी वी=एसडी. इसलिए, जैतून के तेल के अणु का आकार है:

परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व को सिद्ध करने के सभी संभावित तरीकों को सूचीबद्ध करने की अब कोई आवश्यकता नहीं है। आधुनिक उपकरण व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं की छवियों को देखना संभव बनाते हैं। चित्र 8.2 एक सिलिकॉन वेफर की सतह का माइक्रोग्राफ दिखाता है, जहां उभार व्यक्तिगत सिलिकॉन परमाणु हैं। ऐसी छवियां पहली बार 1981 में सामान्य ऑप्टिकल नहीं, बल्कि जटिल टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त की गईं थीं।

जैतून के तेल सहित अणुओं का आकार परमाणुओं के आकार से बड़ा होता है। किसी भी परमाणु का व्यास लगभग 10 -8 सेमी होता है। ये आयाम इतने छोटे होते हैं कि इनकी कल्पना करना कठिन है। ऐसे में वे तुलना का सहारा लेते हैं.
यहाँ उनमें से एक है. यदि आप अपनी अंगुलियों को मुट्ठी में बंद कर लें और उसे ग्लोब के आकार तक बड़ा कर लें, तो उसी आवर्धन पर परमाणु मुट्ठी के आकार का हो जाएगा।
अणुओं की संख्या.बहुत छोटे आणविक आकार के साथ, किसी भी स्थूल पिंड में उनकी संख्या बहुत अधिक होती है। आइए 1 ग्राम द्रव्यमान और इसलिए 1 सेमी 3 आयतन वाली पानी की एक बूंद में अणुओं की अनुमानित संख्या की गणना करें।
पानी के एक अणु का व्यास लगभग 3 · 10 -8 सेमी है। यह ध्यान में रखते हुए कि प्रत्येक पानी का अणु, जब अणुओं को कसकर पैक किया जाता है, एक आयतन (3 · 10 -8 सेमी) 3 घेरता है, तो आप एक बूंद में अणुओं की संख्या पा सकते हैं बूंद के आयतन (1 सेमी 3) को प्रति अणु के आयतन से विभाजित करना:

प्रत्येक साँस लेने के साथ, आप इतने सारे अणुओं को पकड़ लेते हैं कि यदि साँस छोड़ने के बाद वे सभी पृथ्वी के वायुमंडल में समान रूप से वितरित हो जाते हैं, तो ग्रह के प्रत्येक निवासी को दो या तीन अणु प्राप्त होंगे जो साँस लेते समय आपके फेफड़ों में थे।
परमाणु का आकार छोटा होता है: .
आणविक गतिज सिद्धांत के तीन मुख्य प्रावधानों पर बार-बार चर्चा की जाएगी।

???
1. जैतून के तेल के अणु के आकार का अनुमान लगाने के लिए क्या माप करने की आवश्यकता है?
2. यदि एक परमाणु को खसखस ​​के बीज (0.1 मिमी) के आकार तक बढ़ाया जाए, तो समान आवर्धन के साथ अनाज किस आकार के शरीर तक पहुंच जाएगा?
3. उन अणुओं के अस्तित्व के लिए ज्ञात साक्ष्यों की सूची बनाएं जिनका पाठ में उल्लेख नहीं किया गया है।

जी.या.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी 10वीं कक्षा

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आदर्श गैसों का आणविक गतिज सिद्धांत

भौतिकी में, थर्मल घटनाओं का वर्णन करने के लिए दो मुख्य तरीकों का उपयोग किया जाता है: आणविक गतिज (सांख्यिकीय) और थर्मोडायनामिक।

आणविक गतिज विधि (सांख्यिकीय) इस विचार पर आधारित है कि सभी पदार्थ अराजक गति में अणुओं से बने होते हैं। चूँकि अणुओं की संख्या बहुत बड़ी है, इसलिए सांख्यिकी के नियमों का उपयोग करके, संपूर्ण पदार्थ के लिए कुछ निश्चित पैटर्न खोजना संभव है।

थर्मोडायनामिक विधि यह बुनियादी प्रायोगिक कानूनों से आता है जिन्हें ऊष्मागतिकी के नियम कहा जाता है। थर्मोडायनामिक विधि शास्त्रीय यांत्रिकी के समान घटनाओं के अध्ययन का दृष्टिकोण रखती है, जो न्यूटन के प्रयोगात्मक कानूनों पर आधारित है। यह दृष्टिकोण पदार्थ की आंतरिक संरचना पर विचार नहीं करता है।

आणविक गतिज सिद्धांत के मूल सिद्धांत

और उनका प्रायोगिक औचित्य. एक प्रकार कि गति।

अणुओं का द्रव्यमान और आकार.

एक सिद्धांत जो स्थूल पिंडों में तापीय घटनाओं का अध्ययन करता है और पिंडों को बनाने वाले कणों के बीच गति और अंतःक्रिया की प्रकृति पर पिंडों के आंतरिक गुणों की निर्भरता की व्याख्या करता है, कहलाता है आणविक गतिज सिद्धांत ( संक्षिप्त एमकेटी ) या बस आणविक भौतिकी.

आणविक गतिज सिद्धांत तीन सबसे महत्वपूर्ण सिद्धांतों पर आधारित है:

के अनुसार प्रथम स्थान एमकेटी , वी सभी पिंडों में बड़ी संख्या में कण (परमाणु और अणु) होते हैं, जिनके बीच रिक्त स्थान होते हैं .

एटमएक विद्युत रूप से तटस्थ माइक्रोपार्टिकल है जिसमें एक धनात्मक आवेशित नाभिक और उसके चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन आवरण होता है। एक ही प्रकार के परमाणुओं का संग्रह कहलाता है रासायनिक तत्व . अपनी प्राकृतिक अवस्था में, प्रकृति में 90 रासायनिक तत्वों के परमाणु पाए जाते हैं, जिनमें से सबसे भारी यूरेनियम है। जब परमाणुओं को एक साथ करीब लाया जाता है, तो वे स्थिर समूहों में एकजुट हो सकते हैं। एक साथ बंधे परमाणुओं की छोटी संख्या की प्रणाली कहलाती है अणु . उदाहरण के लिए, एक पानी के अणु में तीन परमाणु होते हैं (चित्र): दो हाइड्रोजन परमाणु (एच) और एक ऑक्सीजन परमाणु (ओ), इसलिए इसे एच 2 ओ नामित किया गया है। अणु किसी दिए गए पदार्थ के सबसे छोटे स्थिर कण होते हैं जिनमें इसकी बुनियादी रासायनिक गुण. उदाहरण के लिए, पानी का सबसे छोटा कण पानी का अणु है, चीनी का सबसे छोटा कण चीनी का अणु है।

परमाणुओं से बने ऐसे पदार्थ जो अणुओं में एकजुट नहीं होते हैं, कहलाते हैं परमाणु अवस्था; अन्यथा वे बात करते हैं आणविक अवस्था. पहले मामले में, किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण एक परमाणु है (उदाहरण के लिए, He), दूसरे मामले में, यह एक अणु है (उदाहरण के लिए, H 2 O)।

यदि दो पिंडों में समान संख्या में कण हों, तो कहा जाता है कि उनमें समान संख्या में कण हैं पदार्थ की मात्रा . पदार्थ की मात्रा को ग्रीक अक्षर ν(nu) से दर्शाया जाता है और इसमें मापा जाता है तिल. 1 मोल के लिए 12 ग्राम कार्बन में पदार्थ की मात्रा लें। चूंकि 12 ग्राम कार्बन में लगभग 6∙10 23 परमाणु होते हैं, तो एन कणों से युक्त शरीर में पदार्थ की मात्रा (यानी, मोल्स की संख्या) के लिए, हम लिख सकते हैं

यदि हम अंकन N A = 6∙10 23 mol -1 दर्ज करते हैं।

तो संबंध (1) निम्नलिखित सरल सूत्र का रूप लेगा:

इस प्रकार, पदार्थ की मात्रा किसी दिए गए स्थूल शरीर में अणुओं (परमाणुओं) की संख्या N और 0.012 किलोग्राम कार्बन परमाणुओं में परमाणुओं की संख्या N A का अनुपात है:

किसी भी पदार्थ के 1 मोल में N A = 6.02·10 23 अणु होते हैं। संख्या एन ए को कहा जाता है अवोगाद्रो स्थिरांक. अवोगाद्रो स्थिरांक का भौतिक अर्थयह है कि इसका मान किसी भी पदार्थ के 1 मोल में निहित कणों (परमाणु पदार्थ में परमाणु, आणविक पदार्थ में अणु) की संख्या दर्शाता है।

किसी पदार्थ के एक मोल का द्रव्यमान कहलाता है दाढ़ जन . यदि दाढ़ द्रव्यमान को μ अक्षर से दर्शाया जाता है, तो m द्रव्यमान वाले पिंड में पदार्थ की मात्रा के लिए हम लिख सकते हैं:

सूत्र (2) और (3) से यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी भी पिंड में कणों की संख्या सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है:

मोलर द्रव्यमान सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

एम=एम जी 10 -3 किग्रा/मोल

यहाँ M g को दर्शाया गया है किसी पदार्थ का सापेक्ष आणविक (परमाणु) द्रव्यमान, ए.एम.यू. में मापा गया (परमाणु द्रव्यमान इकाइयाँ), जो आणविक भौतिकी में आमतौर पर अणुओं (परमाणुओं) के द्रव्यमान की विशेषता बताती है। सापेक्ष आणविक द्रव्यमान एम जीनिर्धारित किया जा सकता है यदि किसी दिए गए पदार्थ के औसत आणविक द्रव्यमान (एम · एम) को कार्बन आइसोटोप 12 सी के द्रव्यमान के 1/12 से विभाजित किया जाता है:

1/12 मीटर 12 सी = 1 ए.यू.एम = 1.66 10 -27 किग्रा.

समस्याओं को हल करते समय, यह मान आवर्त सारणी का उपयोग करके पाया जाता है। यह तालिका तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को दर्शाती है। किसी दिए गए पदार्थ के अणु के रासायनिक सूत्र के अनुसार उन्हें जोड़ना, और सापेक्ष आणविक एम जी प्राप्त करना . उदाहरण के लिए, के लिए

कार्बन (सी) एम जी =12·10 -3 किग्रा/मोल

पानी (एच 2 ओ) एम जी = (1·2+16)=18·10 -3 किग्रा/मोल।

इसी प्रकार परिभाषित किया गया है सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान.

सामान्य परिस्थितियों में गैस का एक मोल आयतन V 0 = 22.4 · 10 23 m 3 घेरता है

इसलिए, किसी भी गैस के 1 मी 3 में सामान्य स्थितियाँ (दबाव P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 एटीएम द्वारा निर्धारित; तापमान 273ºK (0ºC), आदर्श गैस के 1 मोल का आयतन V 0 = 22.4 · 10 -3 m 3) में अणुओं की समान संख्या होती है:

इस संख्या को स्थिरांक कहा जाता है लोशमिड्ट।

अणुओं (परमाणुओं की तरह) की स्पष्ट सीमाएँ नहीं होती हैं। ठोस पदार्थों के अणुओं के आकार का अनुमान लगभग इस प्रकार लगाया जा सकता है:

प्रति 1 अणु का आयतन कहाँ है, पूरे शरीर का आयतन है,

m और ρ इसका द्रव्यमान और घनत्व हैं, N इसमें अणुओं की संख्या है।

परमाणुओं और अणुओं को नग्न आंखों या ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से नहीं देखा जा सकता है। इसलिए, 19वीं सदी के उत्तरार्ध के कई वैज्ञानिकों का संदेह। उनके अस्तित्व की वास्तविकता को कोई भी समझ सकता है। हालाँकि, 20वीं सदी में। स्थिति अलग हो गई. अब, एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, साथ ही होलोग्राफिक माइक्रोस्कोपी की मदद से, न केवल अणुओं, बल्कि व्यक्तिगत परमाणुओं की छवियों का निरीक्षण करना भी संभव है।

एक्स-रे विवर्तन डेटा से पता चलता है कि किसी भी परमाणु का व्यास d = 10 -8 सेमी (10 -10 मीटर) के क्रम का होता है। अणु परमाणुओं से बड़े होते हैं। चूँकि अणु कई परमाणुओं से बने होते हैं, एक अणु में परमाणुओं की संख्या जितनी अधिक होगी, उसका आकार उतना ही बड़ा होगा। अणुओं का आकार 10 -8 सेमी (10 -10 मीटर) से लेकर 10 -5 सेमी (10 -7 मीटर) तक होता है।

व्यक्तिगत अणुओं और परमाणुओं का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, उदाहरण के लिए, पानी के अणु के द्रव्यमान का पूर्ण मान लगभग 3·10 -26 किलोग्राम है। व्यक्तिगत अणुओं का द्रव्यमान प्रयोगात्मक रूप से एक विशेष उपकरण - एक मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

प्रत्यक्ष प्रयोगों के अलावा जो परमाणुओं और अणुओं का निरीक्षण करना संभव बनाते हैं, कई अन्य अप्रत्यक्ष डेटा उनके अस्तित्व के पक्ष में बोलते हैं। उदाहरण के लिए, ये पिंडों के थर्मल विस्तार, उनकी संपीड़न क्षमता, कुछ पदार्थों का दूसरों में घुलने आदि से संबंधित तथ्य हैं।

के अनुसार आणविक गतिज सिद्धांत की दूसरी स्थिति, कण निरंतर और अव्यवस्थित रूप से (बेतरतीब ढंग से) चलते हैं।

इस स्थिति की पुष्टि बर्तन की दीवारों पर प्रसार, वाष्पीकरण, गैस के दबाव के साथ-साथ ब्राउनियन गति की घटना से होती है।

यादृच्छिक गति का अर्थ है कि अणुओं का कोई पसंदीदा पथ नहीं होता है और उनकी गति की यादृच्छिक दिशाएँ होती हैं।

प्रसार (लैटिन प्रसार से - फैलना, फैलना) - एक घटना जब, किसी पदार्थ के थर्मल आंदोलन के परिणामस्वरूप, एक पदार्थ का दूसरे में सहज प्रवेश होता है (यदि ये पदार्थ संपर्क में आते हैं)। आणविक गतिज सिद्धांत के अनुसार, ऐसा मिश्रण एक पदार्थ के बेतरतीब ढंग से घूमने वाले अणुओं के दूसरे पदार्थ के अणुओं के बीच के रिक्त स्थान में घुसने के परिणामस्वरूप होता है। प्रवेश की गहराई तापमान पर निर्भर करती है: तापमान जितना अधिक होगा, पदार्थ के कणों की गति की गति उतनी ही अधिक होगी और प्रसार भी उतनी ही तेजी से होगा। प्रसार पदार्थ की सभी अवस्थाओं में देखा जाता है - गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में। गैसों में प्रसार सबसे तेजी से होता है (यही कारण है कि गंध हवा में इतनी तेजी से फैलती है)। गैसों की तुलना में द्रवों में विसरण अधिक धीरे-धीरे होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि तरल के अणु अधिक सघनता से स्थित होते हैं, और इसलिए उन्हें "पार करना" अधिक कठिन होता है। ठोस पदार्थों में विसरण सबसे धीमी गति से होता है। एक प्रयोग में, सीसे और सोने की सुचारू रूप से पॉलिश की गई प्लेटों को एक के ऊपर एक रखा गया और वजन से दबाया गया। पाँच वर्षों के बाद, सोना और सीसा एक दूसरे में 1 मिमी तक घुस गए। ठोस पदार्थों में प्रसार वेल्डिंग, सोल्डरिंग, क्रोम प्लेटिंग आदि के दौरान धातुओं का कनेक्शन सुनिश्चित करता है। मनुष्यों, जानवरों और पौधों की जीवन प्रक्रियाओं में प्रसार का बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, यह प्रसार के कारण है कि ऑक्सीजन फेफड़ों से मानव रक्त में और रक्त से ऊतकों में प्रवेश करती है।

एक प्रकार कि गतिकिसी तरल या गैस में निलंबित किसी अन्य पदार्थ के छोटे कणों की यादृच्छिक गति को कहा जाता है। इस गति की खोज 1827 में अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री आर. ब्राउन ने की थी, जिन्होंने एक माइक्रोस्कोप के माध्यम से पानी में निलंबित पराग की गति को देखा था। आजकल, ऐसे अवलोकनों के लिए, गमीगुट पेंट के छोटे हिस्सों का उपयोग किया जाता है, जो पानी में नहीं घुलता है। गैस में, ब्राउनियन गति होती है, उदाहरण के लिए, हवा में निलंबित धूल या धुएं के कणों द्वारा। किसी कण की ब्राउनियन गति इसलिए होती है क्योंकि तरल या गैस के अणु जिस आवेग के साथ इस कण पर कार्य करते हैं वह एक दूसरे की क्षतिपूर्ति नहीं करते हैं। माध्यम के अणु (अर्थात्, गैस या तरल के अणु) अव्यवस्थित रूप से चलते हैं, इसलिए उनके प्रभाव ब्राउनियन कण को ​​यादृच्छिक गति में ले जाते हैं: ब्राउनियन कण तेजी से दिशा और परिमाण में अपनी गति बदलता है (चित्र 1)।

ब्राउनियन गति के अध्ययन के दौरान, यह पता चला कि इसकी तीव्रता: ए) पर्यावरण के बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है; बी) जैसे-जैसे ब्राउनियन कणों का आकार घटता जाता है, बढ़ता जाता है; सी) अधिक चिपचिपे तरल में घट जाती है और डी) ब्राउनियन कणों की सामग्री (घनत्व) से पूरी तरह से स्वतंत्र है। इसके अलावा, यह पाया गया कि यह गति सार्वभौमिक है (क्योंकि यह तरल में छिड़काव अवस्था में निलंबित सभी पदार्थों में देखी जाती है), निरंतर (सभी तरफ से बंद क्युवेट में, इसे हफ्तों, महीनों, वर्षों तक देखा जा सकता है) और अराजक (यादृच्छिक रूप से)।

के अनुसार IKT का तीसरा प्रावधान , पदार्थ के कण एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं: वे कम दूरी पर आकर्षित होते हैं और दूरियां कम होने पर विकर्षित हो जाते हैं।

अंतर-आणविक संपर्क बलों (पारस्परिक आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों) की उपस्थिति स्थिर तरल और ठोस निकायों के अस्तित्व की व्याख्या करती है।

यही कारण तरल पदार्थों की कम संपीड़न क्षमता और ठोस पदार्थों की संपीड़न और तन्य विकृतियों का विरोध करने की क्षमता की व्याख्या करते हैं।

अंतर-आण्विक संपर्क की शक्तियां प्रकृति में विद्युत चुम्बकीय होती हैं और दो प्रकार की होती हैं: आकर्षण और प्रतिकर्षण। ये बल अणुओं के आकार के बराबर दूरी पर स्वयं को प्रकट करते हैं। इन बलों का कारण यह है कि अणु और परमाणु आवेशित कणों से बने होते हैं जिनमें आवेश के विपरीत चिह्न होते हैं - नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और धनात्मक आवेशित परमाणु नाभिक। सामान्य तौर पर, अणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं। चित्र 2.2 में, तीरों का उपयोग करते हुए, यह दिखाया गया है कि परमाणुओं के नाभिक, जिनके अंदर सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन होते हैं, एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन उसी तरह व्यवहार करते हैं। लेकिन नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच आकर्षक बल होते हैं।

अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बलों की उनके बीच की दूरी पर निर्भरता ठोस पदार्थों में लोचदार बलों की उपस्थिति के आणविक तंत्र को गुणात्मक रूप से समझाती है। जब किसी ठोस वस्तु को खींचा जाता है तो कण एक दूसरे से दूर चले जाते हैं। इस स्थिति में, अणुओं की आकर्षक शक्तियाँ प्रकट होती हैं, जो कणों को उनकी मूल स्थिति में लौटा देती हैं। जब किसी ठोस वस्तु को दबाया जाता है, तो कण एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं। इससे प्रतिकारक बलों में वृद्धि होती है, जो कणों को उनकी मूल स्थिति में लौटा देती है और आगे संपीड़न को रोकती है।

इसलिए, छोटी विकृतियों (अणुओं के आकार से लाखों गुना अधिक) पर, हुक का नियम संतुष्ट होता है, जिसके अनुसार लोचदार बल विरूपण के समानुपाती होता है। बड़े विस्थापनों पर हुक का नियम लागू नहीं होता

इस स्थिति की वैधता सभी पिंडों के संपीड़न के प्रतिरोध के साथ-साथ (गैसों के अपवाद के साथ) उनके खिंचाव के प्रतिरोध से प्रमाणित होती है।

किकोइन ए.के. अणुओं का आकार निर्धारित करने का एक सरल तरीका // क्वांटम। - 1983. - नंबर 9. - पी.29-30।

"क्वांट" पत्रिका के संपादकीय बोर्ड और संपादकों के साथ विशेष समझौते से

आणविक भौतिकी में, मुख्य "अभिनेता" अणु हैं, अकल्पनीय रूप से छोटे कण जो दुनिया के सभी पदार्थों को बनाते हैं। यह स्पष्ट है कि कई घटनाओं का अध्ययन करने के लिए यह जानना महत्वपूर्ण है कि वे कौन से अणु हैं। खास तौर पर उनके साइज क्या हैं.

जब लोग अणुओं के बारे में बात करते हैं, तो उन्हें आमतौर पर छोटी, लोचदार, कठोर गेंद के रूप में सोचा जाता है। इसलिए, अणुओं का आकार जानने का अर्थ उनकी त्रिज्या जानना है।

आणविक आकारों की छोटीता के बावजूद, भौतिक विज्ञानी उन्हें निर्धारित करने के कई तरीके विकसित करने में सक्षम हैं। भौतिकी 9 उनमें से दो के बारे में बात करता है। एक अणु मोटी फिल्म के रूप में फैलने के लिए कुछ (बहुत कम) तरल पदार्थों की संपत्ति का लाभ उठाया जाता है। दूसरे में, कण का आकार एक जटिल उपकरण - एक आयन प्रोजेक्टर का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

हालाँकि, अणुओं (या परमाणुओं) की त्रिज्या की गणना करने की एक बहुत ही सरल, हालांकि सबसे सटीक नहीं, विधि है। यह इस तथ्य पर आधारित है कि किसी पदार्थ के अणु, जब वह ठोस या तरल अवस्था में होता है, एक दूसरे से कसकर सटे हुए माने जा सकते हैं। इस मामले में, एक मोटे अनुमान के लिए, हम यह मान सकते हैं कि आयतन वीकुछ द्रव्यमान एमकिसी पदार्थ का मूल्य उसमें मौजूद अणुओं के आयतन के योग के बराबर होता है। फिर हम आयतन को विभाजित करके एक अणु का आयतन प्राप्त करते हैं वीअणुओं की प्रति संख्या एन.

किसी पिंड के वजन में अणुओं की संख्या एमबराबर, जैसा कि ज्ञात है, \(~N_a \frac(m)(M)\), जहां एम- पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान एन A अवोगाद्रो की संख्या है। इसलिए आयतन वीएक अणु का 0 समानता से निर्धारित होता है

\(~V_0 = \frac(V)(N) = \frac(V M)(m N_A)\) .

इस अभिव्यक्ति में किसी पदार्थ के आयतन और उसके द्रव्यमान का अनुपात शामिल है। व्युत्क्रम संबंध \(~\frac(m)(V) = \rho\) पदार्थ का घनत्व है, इसलिए

\(~V_0 = \frac(M)(\rho N_A)\) .

लगभग किसी भी पदार्थ का घनत्व सभी के लिए सुलभ तालिकाओं में पाया जा सकता है। यदि किसी पदार्थ का रासायनिक सूत्र ज्ञात हो तो मोलर द्रव्यमान निर्धारित करना आसान होता है।

\(~\frac(4)(3) \pi r^3 = \frac(M)(\rho N_A)\) .

जिससे हमें अणु की त्रिज्या के लिए व्यंजक प्राप्त होता है:

\(~r = \sqrt (\frac(3M)(4 \pi \rho N_A)) = \sqrt (\frac(3)(4 \pi N_A)) \sqrt (\frac(M)(\rho) )\) .

इन दो जड़ों में से पहला ≈ 7.4 · 10 -9 मोल 1/3 के बराबर एक स्थिर मान है, इसलिए सूत्र आरदिखावा

\(~r \लगभग 7.4 \cdot 10^(-9) \sqrt (\frac(M)(\rho)) (m)\) .

उदाहरण के लिए, इस सूत्र का उपयोग करके गणना की गई पानी के अणु की त्रिज्या बराबर है आरबी ≈ 1.9 · 10 -10 मीटर।

अणुओं की त्रिज्या निर्धारित करने के लिए वर्णित विधि केवल इसलिए सटीक नहीं हो सकती क्योंकि गेंदों को इस तरह नहीं रखा जा सकता कि उनके बीच कोई अंतराल न हो, भले ही वे एक-दूसरे के संपर्क में हों। इसके अलावा, अणुओं-गेंदों की ऐसी "पैकिंग" के साथ, आणविक गति असंभव होगी। फिर भी, ऊपर दिए गए सूत्र का उपयोग करके अणुओं के आकार की गणना ऐसे परिणाम देती है जो लगभग अन्य तरीकों के परिणामों से मेल खाते हैं, जो अतुलनीय रूप से अधिक सटीक हैं।

नगर शिक्षण संस्थान

"बेसिक सेकेंडरी स्कूल नंबर 10"

आणविक व्यास का निर्धारण

प्रयोगशाला कार्य

कलाकार: मासाएव एवगेनी

सातवीं कक्षा "ए"

प्रमुख: रेज़निक ए.वी.

गुरयेव्स्की जिला

परिचय

इस स्कूल वर्ष में मैंने भौतिकी का अध्ययन शुरू किया। मैंने सीखा कि जो शरीर हमें घेरे हुए हैं, वे छोटे-छोटे कणों-अणुओं से बने हैं। मुझे अणुओं के आकार में दिलचस्पी थी। अपने बहुत छोटे आकार के कारण, अणुओं को नग्न आंखों या साधारण माइक्रोस्कोप से नहीं देखा जा सकता है। मैंने पढ़ा है कि अणुओं को केवल इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से ही देखा जा सकता है। वैज्ञानिकों ने सिद्ध कर दिया है कि अलग-अलग पदार्थों के अणु एक-दूसरे से भिन्न होते हैं, लेकिन एक ही पदार्थ के अणु एक जैसे होते हैं। मैं अभ्यास में एक अणु का व्यास मापना चाहता था। लेकिन दुर्भाग्य से, स्कूली पाठ्यक्रम में इस तरह की समस्याओं के अध्ययन का प्रावधान नहीं है, और इस पर अकेले विचार करना एक कठिन काम साबित हुआ और मुझे अणुओं के व्यास को निर्धारित करने के तरीकों पर साहित्य का अध्ययन करना पड़ा।

अध्यायमैं. अणुओं

1.1 मुद्दे के सिद्धांत से

आधुनिक अर्थ में अणु किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण है जिसमें उसके सभी रासायनिक गुण होते हैं। अणु स्वतंत्र अस्तित्व में सक्षम है। इसमें समान परमाणु शामिल हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन ओ 2, ओजोन ओ 3, नाइट्रोजन एन 2, फॉस्फोरस पी 4, सल्फर एस 6, आदि, या विभिन्न परमाणु: इसमें सभी जटिल पदार्थों के अणु शामिल हैं। सबसे सरल अणुओं में एक परमाणु होता है: ये अक्रिय गैसों के अणु होते हैं - हीलियम, नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन, रेडॉन। तथाकथित उच्च आणविक भार यौगिकों और पॉलिमर में, प्रत्येक अणु में सैकड़ों हजारों परमाणु शामिल हो सकते हैं।

अणुओं के अस्तित्व का प्रायोगिक प्रमाण सबसे पहले 1906 में ब्राउनियन गति का अध्ययन करते समय फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जे. पेरिन द्वारा दिया गया था। जैसा कि पेरिन ने दिखाया, यह अणुओं की तापीय गति का परिणाम है - और कुछ नहीं।

एक अणु के सार को दूसरे दृष्टिकोण से वर्णित किया जा सकता है: एक अणु एक स्थिर प्रणाली है जिसमें परमाणु नाभिक (समान या भिन्न) और आसपास के इलेक्ट्रॉन होते हैं, और अणु के रासायनिक गुण बाहरी कोश के इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित होते हैं परमाणु. अधिकांश मामलों में परमाणु रासायनिक बंधों द्वारा अणुओं में संयोजित होते हैं। आमतौर पर, ऐसा बंधन एक, दो या तीन जोड़े इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाया जाता है, जो दो परमाणुओं के बीच साझा होते हैं।

अणुओं में परमाणु एक निश्चित क्रम में एक दूसरे से जुड़े होते हैं और एक निश्चित तरीके से अंतरिक्ष में वितरित होते हैं। परमाणुओं के बीच के बंधनों की ताकत अलग-अलग होती है; इसका अनुमान अंतर-परमाणु बंधनों को तोड़ने के लिए खर्च की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा से लगाया जाता है।

अणुओं की विशेषता एक निश्चित आकार और आकृति होती है। विभिन्न विधियों द्वारा यह निर्धारित किया गया है कि सामान्य परिस्थितियों में किसी भी गैस के 1 सेमी 3 में लगभग 2.7 x 10 19 अणु होते हैं।

यह संख्या कितनी बड़ी है इसे समझने के लिए आप कल्पना कर सकते हैं कि अणु एक "ईंट" है। फिर यदि आप सामान्य परिस्थितियों में 1 सेमी 3 गैस में अणुओं की संख्या के बराबर ईंटें लेते हैं, और उन्हें पूरे ग्लोब की भूमि की सतह पर घनी तरह से बिछाते हैं, तो वे सतह को 120 मीटर ऊंची परत से ढक देंगे, जो 10 मंजिला इमारत की ऊंचाई लगभग 4 गुना है। प्रति इकाई आयतन में अणुओं की भारी संख्या स्वयं अणुओं के बहुत छोटे आकार को इंगित करती है। उदाहरण के लिए, पानी के एक अणु का द्रव्यमान m=29.9 x 10 -27 kg है। अणुओं का आकार तदनुसार छोटा होता है। किसी अणु का व्यास वह न्यूनतम दूरी मानी जाती है जिस तक प्रतिकारक शक्तियां उन्हें पहुंचने देती हैं। हालाँकि, आणविक आकार की अवधारणा सशर्त है, क्योंकि आणविक दूरी पर शास्त्रीय भौतिकी की अवधारणाएँ हमेशा उचित नहीं होती हैं। अणुओं का औसत आकार लगभग 10-10 मीटर होता है।

परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों से युक्त एक प्रणाली के रूप में एक अणु अलग-अलग अवस्थाओं में हो सकता है और एक अवस्था से दूसरी अवस्था में जबरन (बाहरी प्रभावों के प्रभाव में) या अनायास स्थानांतरित हो सकता है। किसी दिए गए प्रकार के सभी अणुओं की विशेषता अवस्थाओं के एक निश्चित समूह से होती है, जो अणुओं की पहचान करने का काम कर सकता है। एक स्वतंत्र गठन के रूप में, एक अणु में प्रत्येक अवस्था में भौतिक गुणों का एक निश्चित सेट होता है; ये गुण अणुओं से उनसे युक्त पदार्थ में संक्रमण के दौरान एक डिग्री या किसी अन्य तक संरक्षित होते हैं और इस पदार्थ के गुणों को निर्धारित करते हैं। रासायनिक परिवर्तनों के दौरान, एक पदार्थ के अणु दूसरे पदार्थ के अणुओं के साथ परमाणुओं का आदान-प्रदान करते हैं, कम परमाणुओं वाले अणुओं में टूट जाते हैं, और अन्य प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भी प्रवेश करते हैं। इसलिए, रसायन विज्ञान अणुओं की संरचना और स्थिति के साथ अटूट संबंध में पदार्थों और उनके परिवर्तनों का अध्ययन करता है।

विद्युत रूप से तटस्थ कण को ​​आमतौर पर अणु कहा जाता है। किसी पदार्थ में, सकारात्मक आयन हमेशा नकारात्मक आयनों के साथ सह-अस्तित्व में रहते हैं।

अणु में शामिल परमाणु नाभिकों की संख्या के आधार पर, अणुओं को द्विपरमाणुक, त्रिपरमाणुक आदि के रूप में प्रतिष्ठित किया जाता है। यदि किसी अणु में परमाणुओं की संख्या सैकड़ों और हजारों से अधिक हो तो उस अणु को मैक्रोमोलेक्यूल कहा जाता है। किसी अणु को बनाने वाले सभी परमाणुओं के द्रव्यमान का योग आणविक द्रव्यमान माना जाता है। आणविक भार के आधार पर, सभी पदार्थों को पारंपरिक रूप से निम्न- और उच्च-आणविक में विभाजित किया जाता है।

1.2 अणुओं का व्यास मापने की विधियाँ

आणविक भौतिकी में, मुख्य "अभिनेता" अणु हैं, अकल्पनीय रूप से छोटे कण जो दुनिया के सभी पदार्थों को बनाते हैं। यह स्पष्ट है कि कई घटनाओं का अध्ययन करने के लिए यह जानना महत्वपूर्ण है कि वे कौन से अणु हैं। खास तौर पर उनके साइज क्या हैं.

जब लोग अणुओं के बारे में बात करते हैं, तो उन्हें आमतौर पर छोटी, लोचदार, कठोर गेंद के रूप में सोचा जाता है। इसलिए, अणुओं का आकार जानने का अर्थ उनकी त्रिज्या जानना है।

आणविक आकारों की छोटीता के बावजूद, भौतिक विज्ञानी उन्हें निर्धारित करने के कई तरीके विकसित करने में सक्षम हैं। भौतिकी 7 उनमें से दो के बारे में बात करता है। एक अणु मोटी फिल्म के रूप में फैलने के लिए कुछ (बहुत कम) तरल पदार्थों की संपत्ति का लाभ उठाया जाता है। दूसरे में, कण का आकार एक जटिल उपकरण - एक आयन प्रोजेक्टर का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

अणुओं की संरचना का अध्ययन विभिन्न प्रायोगिक विधियों द्वारा किया जाता है। इलेक्ट्रॉन विवर्तन, न्यूट्रॉन विवर्तन और एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण अणुओं की संरचना के बारे में प्रत्यक्ष जानकारी प्रदान करते हैं। इलेक्ट्रॉन विवर्तन, एक विधि जो गैस चरण में अणुओं के बीम द्वारा इलेक्ट्रॉनों के बिखरने का अध्ययन करती है, किसी को पृथक अपेक्षाकृत सरल अणुओं के लिए ज्यामितीय कॉन्फ़िगरेशन मापदंडों की गणना करने की अनुमति देती है। न्यूट्रॉन विवर्तन और एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण संघनित चरण में अणुओं या व्यक्तिगत आदेशित टुकड़ों की संरचना के विश्लेषण तक सीमित हैं। उपरोक्त जानकारी के अलावा, एक्स-रे अध्ययन अणुओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व के स्थानिक वितरण पर मात्रात्मक डेटा प्राप्त करना संभव बनाता है।

स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियां रासायनिक यौगिकों के स्पेक्ट्रा की वैयक्तिकता पर आधारित होती हैं, जो प्रत्येक अणु की विशिष्ट अवस्थाओं और संबंधित ऊर्जा स्तरों के सेट द्वारा निर्धारित होती हैं। ये विधियाँ पदार्थों के गुणात्मक और मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण की अनुमति देती हैं।

स्पेक्ट्रम के माइक्रोवेव क्षेत्र में अवशोषण या उत्सर्जन स्पेक्ट्रा घूर्णी राज्यों के बीच संक्रमण का अध्ययन करना, अणुओं की जड़ता के क्षणों को निर्धारित करना और उनके आधार पर - बंधन की लंबाई, बंधन कोण और अणुओं के अन्य ज्यामितीय मापदंडों को निर्धारित करना संभव बनाता है। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक नियम के रूप में, कंपन-घूर्णी राज्यों के बीच संक्रमण का अध्ययन करती है और व्यापक रूप से वर्णक्रमीय और विश्लेषणात्मक उद्देश्यों के लिए उपयोग की जाती है, क्योंकि अणुओं के कुछ संरचनात्मक टुकड़ों की कई कंपन आवृत्तियां विशेषता होती हैं और एक अणु से दूसरे अणु में जाने पर थोड़ी बदल जाती हैं। साथ ही, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी संतुलन ज्यामितीय विन्यास का न्याय करना संभव बनाता है। ऑप्टिकल और पराबैंगनी आवृत्ति रेंज में अणुओं का स्पेक्ट्रा मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के बीच संक्रमण से जुड़ा होता है। उनके शोध का नतीजा विभिन्न राज्यों के लिए संभावित सतहों की विशेषताओं और आणविक स्थिरांक के मूल्यों पर डेटा है जो इन संभावित सतहों को निर्धारित करते हैं, साथ ही उत्तेजित राज्यों में अणुओं के जीवनकाल और एक राज्य से संक्रमण की संभावनाओं पर भी डेटा होता है। एक और।

अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के विवरण के बारे में अनूठी जानकारी फोटो- और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रा, साथ ही ऑगर स्पेक्ट्रा द्वारा प्रदान की जाती है, जो आणविक कक्षाओं की समरूपता के प्रकार और इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण की विशेषताओं का मूल्यांकन करना संभव बनाती है। . असाधारण उच्च उत्तेजना चयनात्मकता की विशेषता वाली लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी (विभिन्न आवृत्ति रेंज में) ने अणुओं की व्यक्तिगत अवस्थाओं के अध्ययन के लिए व्यापक संभावनाएं खोल दी हैं। स्पंदित लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी किसी को अल्पकालिक अणुओं की संरचना और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में उनके परिवर्तनों का विश्लेषण करने की अनुमति देती है।

बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में उनके व्यवहार का अध्ययन करके अणुओं की संरचना और गुणों के बारे में विभिन्न प्रकार की जानकारी प्राप्त की जाती है।

हालाँकि, अणुओं (या परमाणुओं) की त्रिज्या की गणना करने की एक बहुत ही सरल, हालांकि सबसे सटीक नहीं, विधि है। यह इस तथ्य पर आधारित है कि किसी पदार्थ के अणु, जब वह ठोस या तरल अवस्था में होता है, एक दूसरे से कसकर सटे हुए माने जा सकते हैं। इस मामले में, एक मोटे अनुमान के लिए, हम यह मान सकते हैं कि आयतन वीकुछ द्रव्यमान एमकिसी पदार्थ का मूल्य उसमें मौजूद अणुओं के आयतन के योग के बराबर होता है। फिर हम आयतन को विभाजित करके एक अणु का आयतन प्राप्त करते हैं वीअणुओं की प्रति संख्या एन.

किसी पिंड के वजन में अणुओं की संख्या एमसमान रूप से, जैसा कि ज्ञात है,

, कहाँ एम- पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान एन A अवोगाद्रो की संख्या है। इसलिए आयतन वीएक अणु का 0 समानता से निर्धारित होता है।

इस अभिव्यक्ति में किसी पदार्थ के आयतन और उसके द्रव्यमान का अनुपात शामिल है। सामने है सच