Molekul datang dalam berbagai ukuran dan bentuk. Untuk lebih jelasnya, kita akan menggambarkan molekul dalam bentuk bola, dengan membayangkan molekul tersebut ditutupi oleh permukaan bola, di dalamnya terdapat cangkang elektronik atom-atomnya (Gbr. 4, a). Menurut konsep modern, molekul tidak memiliki diameter yang ditentukan secara geometris. Oleh karena itu, disepakati untuk mengambil diameter d molekul sebagai jarak antara pusat dua molekul (Gbr. 4, b), yang jaraknya sangat dekat sehingga gaya tarik menarik di antara keduanya seimbang dengan gaya tolak menolak.

Dari mata kuliah kimia diketahui bahwa satu kilogram-molekul (kilomole) suatu zat, apapun keadaan agregasinya, mengandung jumlah molekul yang sama, yang disebut bilangan Avogadro, yaitu NA = 6,02*10 26 molekul.

Sekarang mari kita perkirakan diameter suatu molekul, misalnya air. Caranya, bagi volume satu kilomol air dengan bilangan Avogadro. Satu kilomol air memiliki massa 18kg. Dengan asumsi letak molekul air berdekatan satu sama lain dan kepadatannya 1000kg/m3, kita bisa mengatakan itu 1 kmol air memakan volume V = 0,018 m3. Satu molekul air menyumbang volume

Mengambil molekul sebagai bola dan menggunakan rumus volume bola, kami menghitung perkiraan diameter, jika tidak, ukuran linier molekul air:

Diameter molekul tembaga 2,25*10 -10 m. Diameter molekul gas mempunyai orde yang sama. Misalnya diameter molekul hidrogen 2,47*10 -10 m, karbon dioksida - 3,32*10 -10 m. Ini berarti bahwa molekul tersebut memiliki diameter orde 10 -10 m. Panjangnya 1 cm 100 juta molekul dapat ditemukan di dekatnya.

Mari kita perkirakan massa suatu molekul, misalnya gula (C 12 H 22 O 11). Untuk melakukan ini, Anda memerlukan sejumlah kilomol gula (μ = 342,31 kg/kmol) dibagi dengan bilangan Avogadro, yaitu dengan jumlah molekul dalam

>>Fisika: Prinsip dasar teori kinetika molekuler. Ukuran molekul

Molekul memang sangat kecil, tapi lihat betapa mudahnya memperkirakan ukuran dan massanya. Satu observasi dan beberapa perhitungan sederhana sudah cukup. Benar, kita masih perlu memikirkan cara melakukan ini.
Teori kinetik molekuler tentang struktur materi didasarkan pada tiga pernyataan: materi terdiri dari partikel; partikel-partikel ini bergerak secara acak; partikel berinteraksi satu sama lain. Setiap pernyataan dibuktikan secara ketat melalui eksperimen.
Sifat dan perilaku semua benda, tanpa kecuali, mulai dari ciliate hingga bintang, ditentukan oleh pergerakan partikel yang berinteraksi satu sama lain: molekul, atom, atau bahkan formasi yang lebih kecil - partikel elementer.
Estimasi ukuran molekul. Untuk benar-benar yakin akan keberadaan molekul, ukurannya harus ditentukan.
Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan melihat setetes minyak, seperti minyak zaitun, tersebar di permukaan air. Minyak tidak akan pernah menutupi seluruh permukaan jika wadahnya besar ( Gambar.8.1). Tidak mungkin memaksa tetesan yang bervolume 1 mm 3 menyebar sehingga menempati luas permukaan lebih dari 0,6 m 2. Dapat diasumsikan bahwa ketika minyak menyebar ke area maksimum, ia membentuk lapisan yang hanya setebal satu molekul - “lapisan monomolekul”. Ketebalan lapisan ini mudah ditentukan dan dengan demikian memperkirakan ukuran molekul minyak zaitun.

Volume V lapisan minyak sama dengan hasil kali luas permukaannya S berdasarkan ketebalan D lapisan, yaitu V=Sd. Oleh karena itu, ukuran molekul minyak zaitun adalah:

Sekarang tidak perlu menyebutkan semua cara yang mungkin untuk membuktikan keberadaan atom dan molekul. Instrumen modern memungkinkan untuk melihat gambar atom dan molekul individu. Gambar 8.2 menunjukkan mikrograf permukaan wafer silikon, yang tonjolannya merupakan atom silikon individual. Gambar seperti itu pertama kali dipelajari untuk diperoleh pada tahun 1981 bukan dengan menggunakan optik biasa, tetapi dengan mikroskop terowongan yang kompleks.

Ukuran molekul, termasuk minyak zaitun, lebih besar dibandingkan ukuran atom. Diameter suatu atom kira-kira 10 -8 cm, dimensi ini sangat kecil sehingga sulit untuk dibayangkan. Dalam kasus seperti itu, mereka menggunakan perbandingan.
Ini salah satunya. Jika Anda mengepalkan jari-jari Anda dan memperbesarnya hingga seukuran bola bumi, maka atom dengan perbesaran yang sama akan menjadi seukuran kepalan tangan.
Jumlah molekul. Dengan ukuran molekul yang sangat kecil, jumlah mereka dalam benda makroskopis sangatlah banyak. Mari kita hitung perkiraan jumlah molekul dalam setetes air dengan massa 1 g dan volume 1 cm 3.
Diameter molekul air kira-kira 3 · 10 -8 cm Mengingat bahwa setiap molekul air, ketika molekul-molekulnya tersusun rapat, menempati volume (3 · 10 -8 cm) 3, maka jumlah molekul dalam setetes dapat dicari dengan cara membagi volume tetesan (1 cm 3) dengan volume per molekul:

Dengan setiap inhalasi, Anda menangkap begitu banyak molekul sehingga jika semuanya terdistribusi secara merata di atmosfer bumi setelah pernafasan, maka setiap penghuni planet ini akan menerima dua atau tiga molekul yang ada di paru-paru Anda saat menghirup.
Ukuran atom kecil: .
Tiga ketentuan utama teori kinetika molekuler akan dibahas berulang kali.

???
1. Pengukuran apa yang perlu dilakukan untuk memperkirakan ukuran molekul minyak zaitun?
2. Jika sebuah atom diperbesar hingga seukuran biji poppy (0,1 mm), berapakah ukuran tubuh yang dapat dicapai butiran tersebut dengan perbesaran yang sama?
3. Sebutkan bukti-bukti yang Anda ketahui tentang keberadaan molekul yang tidak disebutkan dalam teks.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fisika kelas 10

Isi pelajaran catatan pelajaran kerangka pendukung metode percepatan penyajian pelajaran teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan lokakarya tes mandiri, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah, pertanyaan diskusi, pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video dan multimedia foto, gambar, grafik, tabel, diagram, humor, anekdot, lelucon, komik, perumpamaan, ucapan, teka-teki silang, kutipan Pengaya abstrak artikel trik untuk boks penasaran buku teks kamus dasar dan tambahan istilah lainnya Menyempurnakan buku teks dan pelajaranmemperbaiki kesalahan pada buku teks pemutakhiran suatu penggalan dalam buku teks, unsur inovasi dalam pembelajaran, penggantian pengetahuan yang sudah ketinggalan zaman dengan yang baru Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk tahun ini; rekomendasi metodologis; program diskusi Pelajaran Terintegrasi

Jika Anda memiliki koreksi atau saran untuk pelajaran ini,

Teori kinetik molekul gas ideal

Dalam fisika, dua metode utama digunakan untuk menggambarkan fenomena termal: kinetik molekuler (statistik) dan termodinamika.

Metode kinetik molekul (statistik) berdasarkan gagasan bahwa semua zat terdiri dari molekul-molekul yang bergerak kacau. Karena jumlah molekul sangat besar, maka dengan menggunakan hukum statistika, dimungkinkan untuk menemukan pola-pola tertentu untuk keseluruhan zat secara keseluruhan.

Metode termodinamika berasal dari hukum eksperimen dasar yang disebut hukum termodinamika. Metode termodinamika mendekati studi fenomena yang mirip dengan mekanika klasik, yang didasarkan pada hukum eksperimental Newton. Pendekatan ini tidak mempertimbangkan struktur internal materi.

Prinsip dasar teori kinetik molekuler

Dan pembenaran eksperimental mereka. gerak Brown.

Massa dan ukuran molekul.

Teori yang mempelajari fenomena termal pada benda makroskopis dan menjelaskan ketergantungan sifat internal benda pada sifat gerak dan interaksi antar partikel penyusun benda disebut teori kinetika molekul ( disingkat MKT ) atau sekadar fisika molekuler.

Teori kinetik molekul didasarkan pada tiga prinsip terpenting:

Berdasarkan posisi pertama MKT , V Semua benda terdiri dari sejumlah besar partikel (atom dan molekul), di antaranya terdapat ruang .

Atom adalah mikropartikel netral secara listrik yang terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron yang mengelilinginya. Kumpulan atom-atom yang sejenis disebut unsur kimia . Dalam keadaan alaminya, atom dari 90 unsur kimia terdapat di alam, yang terberat adalah uranium. Ketika didekatkan, atom-atom dapat bersatu menjadi kelompok-kelompok yang stabil. Sistem yang terdiri dari sejumlah kecil atom yang terikat bersama disebut molekul . Misalnya, molekul air terdiri dari tiga atom (Gbr.): dua atom hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O), sehingga disebut H 2 O. Molekul adalah partikel stabil terkecil dari suatu zat yang memiliki sifat kimia dasar. Misalnya partikel terkecil air adalah molekul air, partikel terkecil gula adalah molekul gula.

Zat yang terdiri dari atom-atom yang tidak bersatu menjadi molekul dikatakan berada dalam keadaan atom; kalau tidak, mereka bicarakan keadaan molekuler. Dalam kasus pertama, partikel terkecil suatu zat adalah atom (misalnya He), dalam kasus kedua adalah molekul (misalnya H 2 O).

Jika dua benda terdiri dari jumlah partikel yang sama, maka keduanya dikatakan mengandung partikel yang sama jumlah zat . Banyaknya suatu zat dilambangkan dengan huruf Yunani ν(nu) dan diukur dalam tahi lalat. Untuk 1 mol ambil jumlah zat dalam 12 g karbon. Karena 12 g karbon mengandung kira-kira 6∙10 23 atom, maka untuk jumlah zat (yaitu jumlah mol) dalam suatu benda yang terdiri dari N partikel, kita dapat menulis

Jika kita memasukkan notasi N A = 6∙10 23 mol -1.

maka relasi (1) akan berbentuk rumus sederhana berikut:

Dengan demikian, jumlah zat adalah perbandingan jumlah N molekul (atom) dalam suatu benda makroskopis dengan jumlah N A atom dalam 0,012 kg atom karbon:

1 mol zat apa pun mengandung N A = 6,02·10 23 molekul. Nomor N A dipanggil Konstanta Avogadro. Arti fisis dari konstanta Avogadro adalah nilainya menunjukkan jumlah partikel (atom dalam suatu zat atom, molekul dalam suatu zat molekuler) yang terkandung dalam 1 mol zat apa pun.

Massa satu mol suatu zat disebut masa molar . Jika massa molar dilambangkan dengan huruf μ, maka untuk jumlah zat dalam suatu benda bermassa m kita dapat menulis:

Dari rumus (2) dan (3) maka jumlah partikel dalam suatu benda dapat ditentukan dengan rumus:

Massa molar ditentukan oleh rumus

M=M g 10 -3 kg/mol

Di sini M g dilambangkan massa molekul relatif (atom) suatu zat, diukur dalam a.m.u. (satuan massa atom), yang dalam fisika molekuler biasanya mencirikan massa molekul (atom).Massa molekul relatif Mg dapat ditentukan jika massa molekul rata-rata (mm m) suatu zat dibagi dengan 1/12 massa isotop karbon 12 C:

1/12 m 12 C = 1 pagi = 1,66 · 10 -27 kg.

Saat menyelesaikan masalah, nilai ini ditemukan menggunakan tabel periodik. Tabel ini menunjukkan massa atom relatif suatu unsur. Menambahkannya sesuai dengan rumus kimia molekul suatu zat, dan memperoleh molekul relatif M g . Misalnya untuk

karbon (C) M g =12·10 -3 kg/mol

air (H 2 O) M g = (1·2+16)=18·10 -3 kg/mol.

Didefinisikan serupa massa atom relatif.

Satu mol gas dalam kondisi normal menempati volume V 0 = 22,4 · 10 23 m 3

Oleh karena itu, dalam 1 m 3 gas apa pun di kondisi normal (ditentukan oleh tekanan P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 atm; suhu 273ºK (0ºC), volume 1 mol gas ideal V 0 = 22,4 10 -3 m 3) mengandung jumlah molekul yang sama:

Angka ini disebut konstanta Loshmidt.

Molekul (seperti atom) tidak memiliki batas yang jelas. Ukuran molekul padatan dapat diperkirakan sebagai berikut:

dimana adalah volume per 1 molekul, adalah volume seluruh tubuh,

m dan ρ adalah massa dan kepadatannya, N adalah jumlah molekul di dalamnya.

Atom dan molekul tidak dapat dilihat dengan mata telanjang atau mikroskop optik. Oleh karena itu, keraguan banyak ilmuwan di akhir abad ke-19. dalam realitas keberadaan mereka dapat dipahami. Namun, pada abad ke-20. situasinya menjadi berbeda. Sekarang, dengan bantuan mikroskop elektron, serta mikroskop holografik, dimungkinkan untuk mengamati gambar tidak hanya molekul, tetapi bahkan atom individu.

Data difraksi sinar-X menunjukkan bahwa diameter atom mana pun berada pada orde d = 10 -8 cm (10 -10 m). Molekul lebih besar dari atom. Karena molekul terdiri dari beberapa atom, semakin banyak jumlah atom dalam suatu molekul, semakin besar ukurannya. Ukuran molekul berkisar dari 10 -8 cm (10 -10 m) hingga 10 -5 cm (10 -7 m).

Massa masing-masing molekul dan atom sangat kecil, misalnya nilai absolut massa molekul air adalah sekitar 3·10 -26 kg. Massa masing-masing molekul ditentukan secara eksperimental menggunakan perangkat khusus - spektrometer massa.

Selain eksperimen langsung yang memungkinkan pengamatan atom dan molekul, banyak data tidak langsung lainnya yang mendukung keberadaan mereka. Misalnya, fakta-fakta mengenai pemuaian termal suatu benda, kompresibilitasnya, pelarutan beberapa zat dalam zat lain, dan sebagainya.

Berdasarkan posisi kedua dari teori kinetika molekuler, partikel bergerak terus menerus dan kacau (acak).

Posisi tersebut diperkuat dengan adanya difusi, evaporasi, tekanan gas pada dinding bejana, serta fenomena gerak Brown.

Gerak acak berarti molekul tidak memiliki jalur yang disukai dan pergerakannya memiliki arah yang acak.

Difusi (dari bahasa Latin difusi - menyebar, menyebar) - sebuah fenomena ketika, sebagai akibat dari pergerakan termal suatu zat, terjadi penetrasi spontan dari satu zat ke zat lain (jika zat-zat ini bersentuhan). Menurut teori kinetika molekuler, pencampuran tersebut terjadi sebagai akibat dari pergerakan acak molekul suatu zat yang menembus ruang antar molekul zat lain. Kedalaman penetrasi bergantung pada suhu: semakin tinggi suhu, semakin besar kecepatan pergerakan partikel suatu zat dan semakin cepat terjadinya difusi. Difusi diamati di semua wujud materi - dalam gas, cairan, dan padatan. Difusi terjadi paling cepat dalam gas (itulah sebabnya bau menyebar begitu cepat di udara). Difusi terjadi lebih lambat dalam cairan dibandingkan dalam gas. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa molekul-molekul cairan terletak jauh lebih padat, dan oleh karena itu jauh lebih sulit untuk “melewatinya”. Difusi terjadi paling lambat pada zat padat. Dalam satu percobaan, pelat timah dan emas yang dipoles halus ditempatkan satu di atas yang lain dan ditekan dengan beban. Setelah lima tahun, emas dan timah saling menembus sebesar 1 mm. Difusi dalam padatan memastikan sambungan logam selama pengelasan, penyolderan, pelapisan krom, dll. Difusi sangat penting dalam proses kehidupan manusia, hewan dan tumbuhan. Misalnya, melalui difusi oksigen menembus dari paru-paru ke dalam darah manusia, dan dari darah ke jaringan.

gerak Brown disebut pergerakan acak partikel-partikel kecil zat lain yang tersuspensi dalam cairan atau gas. Gerakan ini ditemukan pada tahun 1827 oleh ahli botani Inggris R. Brown, yang mengamati melalui mikroskop pergerakan serbuk sari yang tersuspensi dalam air. Saat ini, untuk pengamatan seperti itu, digunakan sebagian kecil cat gummigut yang tidak larut dalam air. Dalam gas, gerak Brown dilakukan, misalnya oleh partikel debu atau asap yang tersuspensi di udara. Gerak Brown suatu partikel terjadi karena impuls yang digunakan molekul cairan atau gas pada partikel tersebut tidak saling mengimbangi. Molekul medium (yaitu molekul gas atau cairan) bergerak secara kacau, sehingga dampaknya menyebabkan partikel Brown bergerak secara acak: partikel Brown dengan cepat mengubah kecepatannya dalam arah dan besarnya (Gbr. 1).

Selama studi tentang gerak Brown, ditemukan bahwa intensitasnya: a) meningkat seiring dengan meningkatnya suhu lingkungan; b) meningkat seiring dengan berkurangnya ukuran partikel Brown; c) berkurang dalam cairan yang lebih kental dan d) sama sekali tidak bergantung pada bahan (massa jenis) partikel Brown. Selain itu, ditemukan bahwa gerakan ini bersifat universal (karena diamati pada semua zat yang tersuspensi dalam keadaan tersemprot dalam cairan), terus menerus (dalam kuvet yang tertutup di semua sisi, dapat diamati selama berminggu-minggu, berbulan-bulan, bertahun-tahun) dan kacau (secara acak).

Berdasarkan ketentuan ketiga IKT , partikel-partikel materi berinteraksi satu sama lain: mereka tertarik pada jarak pendek dan menolak ketika jarak ini berkurang.

Adanya gaya interaksi antarmolekul (gaya tarik-menarik dan tolak-menolak) menjelaskan keberadaan benda cair dan padat yang stabil.

Alasan yang sama menjelaskan rendahnya kompresibilitas cairan dan kemampuan benda padat untuk menahan deformasi tekan dan tarik.

Gaya interaksi antarmolekul bersifat elektromagnetik dan terbagi menjadi dua jenis: tarik menarik dan tolak menolak. Gaya-gaya ini muncul pada jarak yang sebanding dengan ukuran molekul. Alasan terjadinya gaya-gaya ini adalah karena molekul dan atom terdiri dari partikel bermuatan dengan tanda muatan yang berlawanan - elektron negatif dan inti atom bermuatan positif. Secara umum, molekul bersifat netral secara listrik. Pada Gambar 2.2, dengan menggunakan panah, ditunjukkan bahwa inti atom, yang di dalamnya terdapat proton bermuatan positif, saling tolak menolak, dan elektron bermuatan negatif berperilaku sama. Namun ada gaya tarik menarik antara inti dan elektron.

Ketergantungan gaya interaksi antar molekul pada jarak antar molekul secara kualitatif menjelaskan mekanisme molekuler munculnya gaya elastis dalam padatan. Ketika benda padat diregangkan, partikel-partikelnya saling menjauh. Dalam hal ini, gaya tarik menarik molekul muncul, yang mengembalikan partikel ke posisi semula. Ketika benda padat dikompresi, partikel-partikelnya bergerak semakin berdekatan. Hal ini menyebabkan peningkatan gaya tolak menolak, yang mengembalikan partikel ke posisi semula dan mencegah kompresi lebih lanjut.

Oleh karena itu, pada deformasi kecil (jutaan kali lebih besar dari ukuran molekul), hukum Hooke terpenuhi, yang menyatakan bahwa gaya elastis sebanding dengan deformasi. Pada perpindahan yang besar, hukum Hooke tidak berlaku

Validitas posisi ini dibuktikan dengan ketahanan semua benda terhadap kompresi, serta (kecuali gas) terhadap peregangannya.

Kikoin A.K. Cara sederhana untuk menentukan ukuran molekul // Quantum. - 1983. - Nomor 9. - Hlm.29-30.

Dengan persetujuan khusus dengan dewan redaksi dan editor jurnal "Kvant"

Dalam fisika molekuler, “aktor” utamanya adalah molekul, partikel sangat kecil yang membentuk setiap zat di dunia. Jelas bahwa untuk mempelajari banyak fenomena, penting untuk mengetahui apa molekulnya. Khususnya, berapa ukurannya.

Ketika orang berbicara tentang molekul, mereka biasanya dianggap sebagai bola kecil, elastis, dan keras. Oleh karena itu, mengetahui ukuran molekul berarti mengetahui jari-jarinya.

Meskipun ukuran molekulnya kecil, fisikawan telah mampu mengembangkan banyak cara untuk menentukannya. Fisika 9 berbicara tentang dua di antaranya. Kita memanfaatkan sifat beberapa (sangat sedikit) cairan untuk menyebar dalam bentuk film setebal satu molekul. Di negara lain, ukuran partikel ditentukan menggunakan perangkat kompleks - proyektor ion.

Namun ada metode yang sangat sederhana, meskipun bukan yang paling akurat, untuk menghitung jari-jari molekul (atau atom), yang didasarkan pada fakta bahwa molekul suatu zat, ketika berada dalam keadaan padat atau cair, dapat dianggap berdekatan satu sama lain. Dalam hal ini, untuk perkiraan kasar, kita dapat mengasumsikan volumenya V beberapa massa M suatu zat sama dengan jumlah volume molekul yang dikandungnya. Kemudian kita mendapatkan volume satu molekul dengan membagi volumenya V per jumlah molekul N.

Jumlah molekul dalam berat badan M sama dengan, seperti diketahui, \(~N_a \frac(m)(M)\), di mana M- massa molar suatu zat N A adalah bilangan Avogadro. Oleh karena itu volumenya V 0 dari satu molekul ditentukan dari persamaan

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

Ungkapan ini mencakup perbandingan volume suatu zat dengan massanya. Hubungan terbalik \(~\frac(m)(V) = \rho\) adalah massa jenis zat, jadi

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

Kepadatan hampir semua zat dapat ditemukan pada tabel yang dapat diakses oleh semua orang. Massa molar mudah ditentukan jika rumus kimia suatu zat diketahui.

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

dari situ kita memperoleh ekspresi jari-jari molekul:

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

Akar pertama dari kedua akar ini mempunyai nilai konstanta sebesar ≈ 7,4 · 10 -9 mol 1/3, jadi rumusnya R berpura-pura

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

Misalnya, jari-jari molekul air yang dihitung menggunakan rumus ini adalah sama dengan R B ≈ 1,9 · 10 -10 m.

Metode yang dijelaskan untuk menentukan jari-jari molekul tidak dapat akurat hanya karena bola-bola tersebut tidak dapat ditempatkan sedemikian rupa sehingga tidak ada celah di antara bola-bola tersebut, meskipun bola-bola tersebut bersentuhan satu sama lain. Selain itu, dengan “pengemasan” bola-molekul seperti itu, pergerakan molekul tidak mungkin terjadi. Namun demikian, perhitungan ukuran molekul menggunakan rumus di atas memberikan hasil yang hampir sama dengan hasil metode lain, yang jauh lebih akurat.

Institusi pendidikan kota

"Sekolah Menengah Dasar No. 10"

Penentuan diameter molekul

Pekerjaan laboratorium

Pelaku: Masaev Evgeniy

kelas 7 "A"

Kepala: Reznik A.V.

Distrik Guryevsky

Perkenalan

Tahun ajaran ini saya mulai belajar fisika. Saya belajar bahwa benda-benda di sekitar kita terdiri dari partikel-partikel kecil – molekul. Saya tertarik dengan ukuran molekulnya. Karena ukurannya yang sangat kecil, molekul tidak dapat dilihat dengan mata telanjang atau mikroskop biasa. Saya membaca bahwa molekul hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Para ilmuwan telah membuktikan bahwa molekul-molekul zat yang berbeda berbeda satu sama lain, tetapi molekul-molekul dari zat yang sama adalah sama. Saya ingin mengukur diameter molekul dalam praktiknya. Namun sayangnya, kurikulum sekolah tidak mengatur kajian masalah semacam ini, dan mempertimbangkannya saja ternyata menjadi tugas yang sulit dan saya harus mempelajari literatur tentang metode penentuan diameter molekul.

BabSAYA. Molekul

1.1 Dari teori permasalahan

Molekul dalam pengertian modern adalah partikel terkecil suatu zat yang memiliki seluruh sifat kimianya. Molekul tersebut mampu hidup mandiri. Ia dapat terdiri dari atom-atom yang identik, misalnya oksigen O 2, ozon O 3, nitrogen N 2, fosfor P 4, belerang S 6, dll., atau atom-atom yang berbeda: ini mencakup molekul-molekul semua zat kompleks. Molekul paling sederhana terdiri dari satu atom: ini adalah molekul gas inert - helium, neon, argon, kripton, xenon, radon. Dalam senyawa dan polimer dengan berat molekul tinggi, setiap molekul dapat terdiri dari ratusan ribu atom.

Bukti eksperimental keberadaan molekul pertama kali diberikan dengan paling meyakinkan oleh fisikawan Perancis J. Perrin pada tahun 1906 ketika mempelajari gerak Brown. Seperti yang ditunjukkan Perrin, ini adalah hasil pergerakan termal molekul - dan bukan hasil lainnya.

Hakikat suatu molekul dapat dijelaskan dari sudut pandang lain: molekul adalah sistem stabil yang terdiri dari inti atom (identik atau berbeda) dan elektron di sekitarnya, dan sifat kimia suatu molekul ditentukan oleh elektron pada kulit terluar di dalamnya. atom-atomnya. Atom digabungkan menjadi molekul dalam banyak kasus melalui ikatan kimia. Biasanya, ikatan semacam itu tercipta oleh satu, dua, atau tiga pasang elektron, yang digunakan bersama antara dua atom.

Atom-atom dalam molekul terhubung satu sama lain dalam urutan tertentu dan didistribusikan dalam ruang dengan cara tertentu. Ikatan antar atom memiliki kekuatan yang berbeda-beda; diperkirakan dengan jumlah energi yang harus dikeluarkan untuk memutus ikatan antar atom.

Molekul dicirikan oleh ukuran dan bentuk tertentu. Telah ditentukan dengan berbagai metode bahwa 1 cm 3 gas apa pun dalam kondisi normal mengandung sekitar 2,7 x 10 19 molekul.

Untuk memahami seberapa besar angka ini, Anda dapat membayangkan bahwa molekul tersebut adalah sebuah “batu bata”. Kemudian jika Anda mengambil sejumlah batu bata yang sama dengan jumlah molekul dalam 1 cm 3 gas dalam kondisi normal, dan meletakkannya secara padat di permukaan tanah di seluruh bumi, maka batu tersebut akan menutupi permukaan dengan lapisan setinggi 120 m, yaitu hampir 4 kali tinggi gedung 10 lantai. Banyaknya jumlah molekul per satuan volume menunjukkan betapa kecilnya ukuran molekul itu sendiri. Misalnya massa molekul air adalah m=29,9 x 10 -27 kg. Ukuran molekul juga kecil. Diameter suatu molekul dianggap sebagai jarak minimum yang memungkinkan gaya tolak-menolak mendekat. Namun, konsep ukuran molekul bersifat kondisional, karena pada jarak molekul, konsep fisika klasik tidak selalu dapat dibenarkan. Ukuran rata-rata molekul adalah sekitar 10-10 m.

Molekul sebagai suatu sistem yang terdiri dari elektron dan inti yang berinteraksi dapat berada dalam keadaan yang berbeda dan berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain secara paksa (di bawah pengaruh pengaruh luar) atau secara spontan. Semua molekul dari jenis tertentu dicirikan oleh serangkaian keadaan tertentu, yang dapat berfungsi untuk mengidentifikasi molekul. Sebagai pembentukan independen, suatu molekul di setiap keadaan memiliki seperangkat sifat fisik tertentu; sifat-sifat ini dipertahankan sampai tingkat tertentu selama transisi dari molekul ke zat yang menyusunnya dan menentukan sifat-sifat zat ini. Selama transformasi kimia, molekul suatu zat bertukar atom dengan molekul zat lain, terpecah menjadi molekul dengan atom lebih sedikit, dan juga masuk ke dalam jenis reaksi kimia lainnya. Oleh karena itu, kimia mempelajari zat dan transformasinya dalam hubungan yang erat dengan struktur dan keadaan molekul.

Partikel yang netral secara listrik biasanya disebut molekul. Dalam suatu zat, ion positif selalu hidup berdampingan dengan ion negatif.

Berdasarkan jumlah inti atom yang menyusun suatu molekul, molekul dibedakan menjadi diatomik, triatomik, dan sebagainya. Jika jumlah atom dalam suatu molekul melebihi ratusan atau ribuan, maka molekul tersebut disebut makromolekul. Jumlah massa semua atom yang membentuk suatu molekul dianggap sebagai massa molekul. Berdasarkan berat molekul, semua zat secara kondisional dibagi menjadi molekul rendah dan tinggi.

1.2 Metode untuk mengukur diameter molekul

Dalam fisika molekuler, “aktor” utamanya adalah molekul, partikel sangat kecil yang membentuk setiap zat di dunia. Jelas bahwa untuk mempelajari banyak fenomena, penting untuk mengetahui apa molekulnya. Khususnya, berapa ukurannya.

Ketika orang berbicara tentang molekul, mereka biasanya dianggap sebagai bola kecil, elastis, dan keras. Oleh karena itu, mengetahui ukuran molekul berarti mengetahui jari-jarinya.

Meskipun ukuran molekulnya kecil, fisikawan telah mampu mengembangkan banyak cara untuk menentukannya. Fisika 7 berbicara tentang dua di antaranya. Kita memanfaatkan sifat beberapa (sangat sedikit) cairan untuk menyebar dalam bentuk film setebal satu molekul. Di negara lain, ukuran partikel ditentukan menggunakan perangkat kompleks - proyektor ion.

Struktur molekul dipelajari dengan berbagai metode eksperimen. Difraksi elektron, difraksi neutron, dan analisis struktur sinar-X memberikan informasi langsung tentang struktur molekul. Difraksi elektron, suatu metode yang mempelajari hamburan elektron oleh seberkas molekul dalam fase gas, memungkinkan seseorang menghitung parameter konfigurasi geometri untuk molekul terisolasi yang relatif sederhana. Difraksi neutron dan analisis struktur sinar-X terbatas pada analisis struktur molekul atau fragmen terurut individu dalam fase terkondensasi. Selain informasi di atas, studi sinar-X memungkinkan diperolehnya data kuantitatif tentang distribusi spasial kerapatan elektron dalam molekul.

Metode spektroskopi didasarkan pada individualitas spektrum senyawa kimia, yang ditentukan oleh himpunan keadaan dan tingkat energi yang sesuai, karakteristik setiap molekul. Metode ini memungkinkan dilakukannya analisis spektral zat secara kualitatif dan kuantitatif.

Spektrum serapan atau emisi di wilayah spektrum gelombang mikro memungkinkan untuk mempelajari transisi antara keadaan rotasi, menentukan momen inersia molekul, dan berdasarkan mereka - panjang ikatan, sudut ikatan, dan parameter geometris molekul lainnya. Spektroskopi inframerah, sebagai suatu peraturan, mempelajari transisi antara keadaan vibrasi-rotasi dan banyak digunakan untuk tujuan spektral dan analitis, karena banyak frekuensi osilasi dari fragmen struktural molekul tertentu bersifat karakteristik dan sedikit berubah ketika berpindah dari satu molekul ke molekul lainnya. Pada saat yang sama, spektroskopi inframerah memungkinkan untuk menilai konfigurasi geometri kesetimbangan. Spektrum molekul dalam rentang frekuensi optik dan ultraviolet terutama dikaitkan dengan transisi antara keadaan elektronik. Hasil penelitian mereka adalah data tentang ciri-ciri permukaan potensial untuk berbagai keadaan dan nilai konstanta molekul yang menentukan permukaan potensial tersebut, serta masa hidup molekul dalam keadaan tereksitasi dan probabilitas transisi dari satu keadaan ke keadaan tereksitasi. lain.

Informasi unik tentang detail struktur elektronik molekul disediakan oleh spektrum fotoelektron foto dan sinar-X, serta spektrum Auger, yang memungkinkan untuk mengevaluasi jenis simetri orbital molekul dan ciri-ciri distribusi kerapatan elektron. . Spektroskopi laser (dalam berbagai rentang frekuensi), yang ditandai dengan selektivitas eksitasi yang sangat tinggi, telah membuka kemungkinan luas untuk mempelajari keadaan molekul individu. Spektroskopi laser berdenyut memungkinkan seseorang menganalisis struktur molekul berumur pendek dan transformasinya dalam medan elektromagnetik.

Berbagai informasi tentang struktur dan sifat molekul diperoleh dengan mempelajari perilakunya dalam medan listrik dan magnet luar.

Namun ada metode yang sangat sederhana, meskipun bukan yang paling akurat, untuk menghitung jari-jari molekul (atau atom), yang didasarkan pada fakta bahwa molekul suatu zat, ketika berada dalam keadaan padat atau cair, dapat dianggap berdekatan satu sama lain. Dalam hal ini, untuk perkiraan kasar, kita dapat mengasumsikan volumenya V beberapa massa M suatu zat sama dengan jumlah volume molekul yang dikandungnya. Kemudian kita mendapatkan volume satu molekul dengan membagi volumenya V per jumlah molekul N.

Jumlah molekul dalam berat badan M sama, seperti diketahui,

, Di mana M- massa molar suatu zat N A adalah bilangan Avogadro. Oleh karena itu volumenya V 0 dari satu molekul ditentukan dari persamaan .

Ungkapan ini mencakup perbandingan volume suatu zat dengan massanya. Yang terjadi justru sebaliknya