As moléculas vêm em diferentes tamanhos e formas. Para maior clareza, representaremos a molécula em forma de bola, imaginando que ela é recoberta por uma superfície esférica, dentro da qual estão as camadas eletrônicas de seus átomos (Fig. 4, a). De acordo com os conceitos modernos, as moléculas não possuem um diâmetro geometricamente definido. Portanto, foi acordado considerar o diâmetro d da molécula como a distância entre os centros de duas moléculas (Fig. 4, b), que estão tão próximos que as forças atrativas entre elas são equilibradas pelas forças repulsivas.

Do curso de química sabe-se que uma molécula-quilograma (quilomole) de qualquer substância, independentemente do seu estado de agregação, contém o mesmo número de moléculas, denominado número de Avogadro, nomeadamente NA = 6,02*10 26 moléculas.

Agora vamos estimar o diâmetro de uma molécula, por exemplo, água. Para isso, divida o volume de um quilomole de água pelo número de Avogadro. Um quilomole de água tem massa 18kg. Supondo que as moléculas de água estejam localizadas próximas umas das outras e sua densidade 1000kg/m3, Nós podemos dizer que 1 kmol a água ocupa volume V = 0,018 m3. Uma molécula de água é responsável pelo volume

Tomando a molécula como uma bola e usando a fórmula do volume da bola, calculamos o diâmetro aproximado, caso contrário, o tamanho linear da molécula de água:

Diâmetro da molécula de cobre 2,25*10 -10m. Os diâmetros das moléculas de gás são da mesma ordem. Por exemplo, o diâmetro de uma molécula de hidrogênio 2,47*10 -10m, dióxido de carbono - 3,32*10-10m. Isso significa que a molécula tem um diâmetro da ordem de 10 -10m. No comprimento 1 cm 100 milhões de moléculas podem estar localizadas nas proximidades.

Vamos estimar a massa de uma molécula, por exemplo açúcar (C 12 H 22 O 11). Para fazer isso você precisa de uma massa de quilomoles de açúcar (μ = 342,31kg/kmol) dividido pelo número de Avogadro, ou seja, pelo número de moléculas em

>>Física: Princípios básicos da teoria cinética molecular. Tamanhos moleculares

As moléculas são muito pequenas, mas veja como é fácil estimar seu tamanho e massa. Uma observação e alguns cálculos simples são suficientes. É verdade que ainda precisamos descobrir como fazer isso.
A teoria cinética molecular da estrutura da matéria é baseada em três afirmações: a matéria consiste em partículas; essas partículas se movem aleatoriamente; partículas interagem entre si. Cada afirmação é rigorosamente comprovada por meio de experimentos.
As propriedades e o comportamento de todos os corpos, sem exceção, dos ciliados às estrelas, são determinados pelo movimento das partículas que interagem entre si: moléculas, átomos ou mesmo formações menores - partículas elementares.
Estimativa de tamanhos moleculares. Para ter certeza absoluta da existência de moléculas, seus tamanhos devem ser determinados.
A maneira mais fácil de fazer isso é observar uma gota de óleo, como o azeite, espalhada pela superfície da água. O óleo nunca cobrirá toda a superfície se o navio for grande ( Figura 8.1). É impossível forçar uma gota com volume de 1 mm 3 a se espalhar de modo que ocupe uma área superficial superior a 0,6 m 2. Pode-se supor que quando o óleo se espalha pela área máxima, ele forma uma camada com apenas uma molécula de espessura - uma “camada monomolecular”. A espessura desta camada é fácil de determinar e assim estimar o tamanho da molécula do azeite.

Volume V camada de óleo é igual ao produto de sua área superficial S por espessura d camada, ou seja, V=Sd. Portanto, o tamanho da molécula do azeite é:

Não há necessidade de listar agora todas as formas possíveis de provar a existência de átomos e moléculas. Os instrumentos modernos permitem ver imagens de átomos e moléculas individuais. A Figura 8.2 mostra uma micrografia da superfície de um wafer de silício, onde as saliências são átomos de silício individuais. Essas imagens foram obtidas pela primeira vez em 1981, usando não microscópios ópticos comuns, mas microscópios de tunelamento complexos.

Os tamanhos das moléculas, incluindo o azeite, são maiores que os tamanhos dos átomos. O diâmetro de qualquer átomo é de aproximadamente 10 -8 cm e essas dimensões são tão pequenas que são difíceis de imaginar. Nesses casos, recorrem a comparações.
Aqui está um deles. Se você cerrar os dedos em punho e aumentá-los até o tamanho de um globo, o átomo com a mesma ampliação se tornará do tamanho de um punho.
Número de moléculas. Com tamanhos moleculares muito pequenos, seu número em qualquer corpo macroscópico é enorme. Vamos calcular o número aproximado de moléculas em uma gota d'água com massa de 1 g e, portanto, volume de 1 cm 3.
O diâmetro de uma molécula de água é de aproximadamente 3 10 -8 cm. Considerando que cada molécula de água, quando as moléculas estão bem compactadas, ocupa um volume (3 10 -8 cm) 3, você pode encontrar o número de moléculas em uma gota por dividindo o volume da gota (1 cm 3) pelo volume, por molécula:

A cada inspiração, você captura tantas moléculas que, se todas elas fossem distribuídas uniformemente na atmosfera da Terra após a expiração, cada habitante do planeta receberia duas ou três moléculas que estavam em seus pulmões durante a inspiração.
Os tamanhos dos átomos são pequenos: .
As três principais disposições da teoria cinética molecular serão discutidas repetidamente.

???
1. Que medidas devem ser feitas para estimar o tamanho da molécula do azeite?
2. Se um átomo fosse aumentado até o tamanho de uma semente de papoula (0,1 mm), que tamanho de corpo o grão alcançaria com o mesmo aumento?
3. Liste as evidências que você conhece da existência de moléculas que não são mencionadas no texto.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Física 10ª série

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Teoria cinética molecular de gases ideais

Na física, dois métodos principais são usados ​​para descrever fenômenos térmicos: cinética molecular (estatística) e termodinâmica.

Método cinético molecular (estatística) baseado na ideia de que todas as substâncias consistem em moléculas em movimento caótico. Como o número de moléculas é enorme, é possível, usando as leis da estatística, encontrar certos padrões para toda a substância como um todo.

Método termodinâmico vem de leis experimentais básicas chamadas leis da termodinâmica. O método termodinâmico aborda o estudo de fenômenos semelhantes à mecânica clássica, que se baseia nas leis experimentais de Newton. Esta abordagem não considera a estrutura interna da matéria.

Princípios básicos da teoria cinética molecular

E sua justificativa experimental. Movimento browniano.

Massa e tamanho das moléculas.

Uma teoria que estuda fenômenos térmicos em corpos macroscópicos e explica a dependência das propriedades internas dos corpos da natureza do movimento e da interação entre as partículas que os compõem é chamada teoria cinética molecular ( MKT abreviado ) ou simplesmente física molecular.

A teoria cinética molecular é baseada em três princípios mais importantes:

De acordo com primeira posição MKT , V Todos os corpos consistem em um grande número de partículas (átomos e moléculas), entre as quais existem espaços .

Átomoé uma micropartícula eletricamente neutra que consiste em um núcleo carregado positivamente e uma camada de elétrons que o envolve. Uma coleção de átomos do mesmo tipo é chamada Elemento químico . Em seu estado natural, ocorrem na natureza átomos de 90 elementos químicos, sendo o mais pesado o urânio. Quando aproximados, os átomos podem se unir em grupos estáveis. Sistemas com um pequeno número de átomos ligados entre si são chamados molécula . Por exemplo, uma molécula de água consiste em três átomos (Fig.): dois átomos de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio (O), por isso é designada H 2 O. As moléculas são as menores partículas estáveis ​​​​de uma determinada substância que têm seu propriedades químicas básicas. Por exemplo, a menor partícula de água é uma molécula de água, a menor partícula de açúcar é uma molécula de açúcar.

Diz-se que as substâncias que consistem em átomos que não estão unidos em moléculas estão em estado atômico; caso contrário, eles falam sobre estado molecular. No primeiro caso, a menor partícula de uma substância é um átomo (por exemplo, He), no segundo caso é uma molécula (por exemplo, H 2 O).

Se dois corpos consistem no mesmo número de partículas, então dizemos que eles contêm o mesmo quantidade de substância . A quantidade de substância é indicada pela letra grega ν(nu) e é medida em toupeiras. Por 1 toupeira pegue a quantidade de substância em 12 g de carbono. Como 12 g de carbono contém aproximadamente 6∙10 23 átomos, então para a quantidade de substância (ou seja, o número de moles) em um corpo consistindo de N partículas, podemos escrever

Se inserirmos a notação N A = 6∙10 23 mol -1.

então a relação (1) assumirá a forma da seguinte fórmula simples:

Por isso, quantidade de substância é a razão entre o número N de moléculas (átomos) em um determinado corpo macroscópico e o número N A de átomos em 0,012 kg de átomos de carbono:

1 mol de qualquer substância contém NA = 6,02·10 23 moléculas. O número N A é chamado Constante de Avogrado. Significado físico da constante de Avogadroé que seu valor mostra o número de partículas (átomos em uma substância atômica, moléculas em uma substância molecular) contidas em 1 mol de qualquer substância.

A massa de um mol de uma substância é chamada massa molar . Se a massa molar for denotada pela letra μ, então para a quantidade de substância em um corpo de massa m podemos escrever:

Das fórmulas (2) e (3) segue-se que o número de partículas em qualquer corpo pode ser determinado pela fórmula:

A massa molar é determinada pela fórmula

M = M g 10 -3 kg/mol

Aqui M g é denotado massa molecular relativa (atômica) de uma substância, medido em a.m.u. (unidades de massa atômica), que em física molecular geralmente caracteriza a massa das moléculas (átomos). M g pode ser determinado se a massa molecular média (m m) de uma determinada substância for dividida por 1/12 da massa do isótopo de carbono 12 C:

1/12 m 12 C = 1 a.u.m = 1,66 10 -27 kg.

Na resolução de problemas, esse valor é encontrado por meio da tabela periódica. Esta tabela mostra as massas atômicas relativas dos elementos. Somando-os de acordo com a fórmula química da molécula de uma determinada substância, e obtendo o M g molecular relativo . Por exemplo, para

carbono (C) M g =12·10 -3 kg/mol

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

Definido de forma semelhante massa atômica relativa.

Um mol de gás em condições normais ocupa um volume V 0 = 22,4 10 23 m 3

Portanto, em 1 m 3 de qualquer gás em condições normais (determinado pela pressão P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 atm; temperatura 273ºK (0ºC), volume de 1 mol de gás ideal V 0 = 22,4 10 -3 m 3) contém o mesmo número de moléculas:

Este número é chamado de constante Loshmidt.

As moléculas (como os átomos) não têm limites claros. Os tamanhos das moléculas de sólidos podem ser estimados aproximadamente da seguinte forma:

onde está o volume por 1 molécula, é o volume de todo o corpo,

m e ρ são sua massa e densidade, N é o número de moléculas nele.

Átomos e moléculas não podem ser vistos a olho nu ou com um microscópio óptico. Portanto, as dúvidas de muitos cientistas do final do século XIX. na realidade de sua existência podemos compreender. No entanto, no século XX. a situação tornou-se diferente. Agora, com a ajuda de um microscópio eletrônico, assim como da microscopia holográfica, é possível observar imagens não apenas de moléculas, mas até de átomos individuais.

Os dados de difração de raios X mostram que o diâmetro de qualquer átomo é da ordem de d = 10 -8 cm (10 -10 m). As moléculas são maiores que os átomos. Como as moléculas são constituídas por vários átomos, quanto maior for o número de átomos numa molécula, maior será o seu tamanho. Os tamanhos das moléculas variam de 10 -8 cm (10 -10 m) a 10 -5 cm (10 -7 m).

As massas de moléculas e átomos individuais são muito pequenas, por exemplo, o valor absoluto da massa de uma molécula de água é cerca de 3,10 -26 kg. A massa das moléculas individuais é determinada experimentalmente usando um dispositivo especial - um espectrômetro de massa.

Além de experimentos diretos que permitem observar átomos e moléculas, muitos outros dados indiretos falam a favor de sua existência. São, por exemplo, factos relativos à expansão térmica dos corpos, à sua compressibilidade, à dissolução de algumas substâncias noutras, etc.

De acordo com a segunda posição da teoria cinética molecular, as partículas se movem contínua e caoticamente (aleatoriamente).

Esta posição é confirmada pela existência de difusão, evaporação, pressão do gás nas paredes do vaso, bem como pelo fenômeno do movimento browniano.

Movimento aleatório significa que as moléculas não possuem caminhos preferenciais e seus movimentos têm direções aleatórias.

Difusão (do latim difusão - espalhamento, espalhamento) - fenômeno quando, como resultado do movimento térmico de uma substância, ocorre a penetração espontânea de uma substância em outra (se essas substâncias entrarem em contato). De acordo com a teoria da cinética molecular, essa mistura ocorre como resultado de moléculas de uma substância que se movem aleatoriamente e que penetram nos espaços entre as moléculas de outra substância. A profundidade de penetração depende da temperatura: quanto maior a temperatura, maior a velocidade de movimento das partículas da substância e mais rápida ocorre a difusão. A difusão é observada em todos os estados da matéria - em gases, líquidos e sólidos. A difusão ocorre mais rapidamente em gases (é por isso que o odor se espalha tão rapidamente no ar). A difusão ocorre mais lentamente em líquidos do que em gases. Isso se explica pelo fato de as moléculas do líquido estarem localizadas muito mais densas e, portanto, é muito mais difícil “passá-las”. A difusão ocorre mais lentamente em sólidos. Em um experimento, placas de chumbo e ouro suavemente polidas foram colocadas uma sobre a outra e comprimidas com um peso. Após cinco anos, o ouro e o chumbo penetraram um no outro em 1 mm. A difusão em sólidos garante a ligação dos metais durante a soldagem, soldagem, cromagem, etc. A difusão é de grande importância nos processos vitais de humanos, animais e plantas. Por exemplo, é graças à difusão que o oxigênio penetra dos pulmões para o sangue humano e do sangue para os tecidos.

movimento browniano chamado de movimento aleatório de pequenas partículas de outra substância suspensas em um líquido ou gás. Esse movimento foi descoberto em 1827 pelo botânico inglês R. Brown, que observou através de um microscópio o movimento do pólen suspenso na água. Hoje em dia, para tais observações, são utilizadas pequenas partes de tinta gummigut, que não se dissolve em água. Num gás, o movimento browniano é realizado, por exemplo, por partículas de poeira ou fumaça suspensas no ar. O movimento browniano de uma partícula ocorre porque os impulsos com os quais as moléculas de um líquido ou gás atuam sobre essa partícula não se compensam. As moléculas do meio (isto é, moléculas de gás ou líquido) movem-se caoticamente, de modo que seus impactos levam a partícula browniana a um movimento aleatório: a partícula browniana muda rapidamente sua velocidade em direção e magnitude (Fig. 1).

Durante o estudo do movimento browniano, descobriu-se que sua intensidade: a) aumenta com o aumento da temperatura ambiente; b) aumenta à medida que o tamanho das próprias partículas brownianas diminui; c) diminui em um líquido mais viscoso ed) é completamente independente do material (densidade) das partículas brownianas. Além disso, constatou-se que esse movimento é universal (pois é observado em todas as substâncias suspensas em estado pulverizado em líquido), contínuo (em uma cubeta fechada por todos os lados, pode ser observado por semanas, meses, anos) e caótico (aleatoriamente).

De acordo com a terceira disposição do IKT , partículas de matéria interagem entre si: são atraídas em distâncias curtas e repelidas quando essas distâncias diminuem.

A presença de forças de interação intermoleculares (forças de atração e repulsão mútuas) explica a existência de corpos líquidos e sólidos estáveis.

As mesmas razões explicam a baixa compressibilidade dos líquidos e a capacidade dos sólidos de resistir a deformações compressivas e de tração.

As forças de interação intermolecular são de natureza eletromagnética e se resumem a dois tipos: atração e repulsão. Estas forças manifestam-se a distâncias comparáveis ​​ao tamanho das moléculas. A razão para essas forças é que moléculas e átomos consistem em partículas carregadas com sinais de carga opostos - elétrons negativos e núcleos atômicos carregados positivamente. Em geral, as moléculas são eletricamente neutras. Na Figura 2.2, por meio de setas, mostra-se que os núcleos dos átomos, dentro dos quais existem prótons com carga positiva, se repelem, e os elétrons com carga negativa se comportam da mesma maneira. Mas existem forças de atração entre núcleos e elétrons.

A dependência das forças de interação entre as moléculas da distância entre elas explica qualitativamente o mecanismo molecular do aparecimento de forças elásticas nos sólidos. Quando um corpo sólido é esticado, as partículas se afastam umas das outras. Nesse caso, surgem forças de atração das moléculas, que retornam as partículas à sua posição original. Quando um corpo sólido é comprimido, as partículas se aproximam. Isto leva a um aumento nas forças repulsivas, que retornam as partículas à sua posição original e evitam maior compressão.

Portanto, em pequenas deformações (milhões de vezes maiores que o tamanho das moléculas), a lei de Hooke é satisfeita, segundo a qual a força elástica é proporcional à deformação. Em grandes deslocamentos, a lei de Hooke não se aplica

A validade desta posição é evidenciada pela resistência de todos os corpos à compressão, bem como (com exceção dos gases) ao seu alongamento.

Kikoin A.K. Uma maneira simples de determinar o tamanho das moléculas // Quantum. - 1983. - Nº 9. - P.29-30.

Por acordo especial com o conselho editorial e editores da revista "Kvant"

Na física molecular, os principais “atores” são as moléculas, as partículas inimaginavelmente pequenas que constituem todas as substâncias do mundo. É claro que para estudar muitos fenômenos é importante saber quais são as moléculas. Em particular, quais são os seus tamanhos.

Quando as pessoas falam sobre moléculas, elas geralmente são consideradas bolas pequenas, elásticas e duras. Portanto, conhecer o tamanho das moléculas significa conhecer o seu raio.

Apesar da pequenez dos tamanhos moleculares, os físicos conseguiram desenvolver muitas maneiras de determiná-los. Física 9 fala sobre dois deles. Aproveita-se a propriedade de alguns (muito poucos) líquidos de se espalharem na forma de um filme com a espessura de uma molécula. Em outro, o tamanho das partículas é determinado por meio de um dispositivo complexo - um projetor de íons.

Existe, no entanto, um método muito simples, embora não o mais preciso, para calcular os raios das moléculas (ou átomos), que se baseia no facto de as moléculas de uma substância, quando esta se encontra no estado sólido ou líquido, podem ser considerados firmemente adjacentes entre si. Neste caso, para uma estimativa aproximada, podemos assumir que o volume V alguma massa eu de uma substância é simplesmente igual à soma dos volumes das moléculas que ela contém. Então obtemos o volume de uma molécula dividindo o volume V por número de moléculas N.

Número de moléculas em uma pesagem corporal eué igual, como é conhecido, \(~N_a \frac(m)(M)\), onde M- massa molar da substância N A é o número de Avogrado. Daí o volume V 0 de uma molécula é determinado a partir da igualdade

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

Esta expressão inclui a relação entre o volume de uma substância e sua massa. A relação inversa \(~\frac(m)(V) = \rho\) é a densidade da substância, então

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

A densidade de quase todas as substâncias pode ser encontrada em tabelas acessíveis a todos. A massa molar é fácil de determinar se a fórmula química de uma substância for conhecida.

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

a partir do qual obtemos a expressão para o raio da molécula:

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

A primeira dessas duas raízes é um valor constante igual a ≈ 7,4 10 -9 mol 1/3, então a fórmula para R finge

\(~r \aproximadamente 7,4 \cdot 10^(-9) \sqrt (\frac(M)(\rho)) (m)\) .

Por exemplo, o raio de uma molécula de água calculado usando esta fórmula é igual a R B ≈ 1,9 · 10 -10m.

O método descrito para determinar os raios das moléculas não pode ser preciso simplesmente porque as bolas não podem ser colocadas de forma que não haja espaços entre elas, mesmo que estejam em contato umas com as outras. Além disso, com tal “empacotamento” de bolas de moléculas, os movimentos moleculares seriam impossíveis. No entanto, os cálculos dos tamanhos das moléculas usando a fórmula acima fornecem resultados que quase coincidem com os resultados de outros métodos, que são incomparavelmente mais precisos.

Instituição de ensino municipal

"Escola secundária básica nº 10"

Determinação do diâmetro molecular

Trabalho de laboratório

Intérprete: Masaev Evgeniy

7ª série "A"

Chefe: Reznik A.V.

Distrito de Guryevsky

Introdução

Neste ano letivo comecei a estudar física. Aprendi que os corpos que nos rodeiam consistem em minúsculas partículas - moléculas. Eu estava interessado no tamanho das moléculas. Devido ao seu tamanho muito pequeno, as moléculas não podem ser vistas a olho nu ou com um microscópio comum. Li que as moléculas só podem ser vistas com um microscópio eletrônico. Os cientistas provaram que as moléculas de diferentes substâncias diferem umas das outras, mas as moléculas da mesma substância são iguais. Eu queria medir o diâmetro de uma molécula na prática. Mas infelizmente o currículo escolar não prevê o estudo de problemas deste tipo, e considerá-lo por si só acabou por ser uma tarefa difícil e tive que estudar a literatura sobre métodos de determinação do diâmetro das moléculas.

CapítuloEU. Moléculas

1.1 Da teoria da questão

Uma molécula no sentido moderno é a menor partícula de uma substância que possui todas as suas propriedades químicas. A molécula é capaz de existência independente. Pode consistir em átomos idênticos, por exemplo, oxigênio O 2, ozônio O 3, nitrogênio N 2, fósforo P 4, enxofre S 6, etc., ou em átomos diferentes: isso inclui moléculas de todas as substâncias complexas. As moléculas mais simples consistem em um átomo: são moléculas de gases inertes - hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio, radônio. Nos chamados compostos e polímeros de alto peso molecular, cada molécula pode consistir em centenas de milhares de átomos.

A prova experimental da existência de moléculas foi dada pela primeira vez de forma mais convincente pelo físico francês J. Perrin em 1906, enquanto estudava o movimento browniano. Como mostrou Perrin, é o resultado do movimento térmico das moléculas - e nada mais.

A essência de uma molécula pode ser descrita de outro ponto de vista: uma molécula é um sistema estável que consiste em núcleos atômicos (idênticos ou diferentes) e elétrons circundantes, e as propriedades químicas de uma molécula são determinadas pelos elétrons das camadas externas em os átomos. Os átomos são combinados em moléculas na maioria dos casos por ligações químicas. Normalmente, essa ligação é criada por um, dois ou três pares de elétrons, que são compartilhados entre dois átomos.

Os átomos nas moléculas estão conectados uns aos outros em uma determinada sequência e distribuídos no espaço de uma determinada maneira. As ligações entre átomos têm intensidades diferentes; é estimado pela quantidade de energia que deve ser gasta para quebrar as ligações interatômicas.

As moléculas são caracterizadas por um determinado tamanho e forma. Foi determinado por vários métodos que 1 cm3 de qualquer gás em condições normais contém cerca de 2,7 x 10 19 moléculas.

Para entender o quão grande é esse número, você pode imaginar que a molécula é um “tijolo”. Então, se você pegar um número de tijolos igual ao número de moléculas em 1 cm 3 de gás em condições normais e colocá-los densamente na superfície terrestre de todo o globo, eles cobririam a superfície com uma camada de 120 m de altura, que é quase 4 vezes a altura de um prédio de 10 andares. O enorme número de moléculas por unidade de volume indica o tamanho muito pequeno das próprias moléculas. Por exemplo, a massa de uma molécula de água é m=29,9 x 10 -27 kg. Os tamanhos das moléculas são correspondentemente pequenos. O diâmetro de uma molécula é considerado a distância mínima à qual as forças repulsivas permitem que elas se aproximem. Porém, o conceito de tamanho molecular é condicional, pois em distâncias moleculares os conceitos da física clássica nem sempre são justificados. O tamanho médio das moléculas é de cerca de 10-10 m.

Uma molécula como um sistema que consiste em elétrons e núcleos em interação pode estar em diferentes estados e passar de um estado para outro de forma forçada (sob a influência de influências externas) ou espontaneamente. Todas as moléculas de um determinado tipo são caracterizadas por um determinado conjunto de estados, que podem servir para identificar as moléculas. Como formação independente, uma molécula possui em cada estado um determinado conjunto de propriedades físicas; essas propriedades são preservadas em um grau ou outro durante a transição das moléculas para a substância que as constitui e determinam as propriedades dessa substância. Durante as transformações químicas, as moléculas de uma substância trocam átomos com moléculas de outra substância, quebram-se em moléculas com menos átomos e também entram em outros tipos de reações químicas. Portanto, a química estuda as substâncias e suas transformações em uma ligação inextricável com a estrutura e o estado das moléculas.

Uma partícula eletricamente neutra é geralmente chamada de molécula. Numa substância, os íons positivos sempre coexistem com os negativos.

Com base no número de núcleos atômicos incluídos na molécula, as moléculas são diferenciadas como diatômicas, triatômicas, etc. Se o número de átomos em uma molécula exceder centenas e milhares, a molécula é chamada de macromolécula. A soma das massas de todos os átomos que constituem uma molécula é considerada a massa molecular. Com base no peso molecular, todas as substâncias são convencionalmente divididas em baixo e alto peso molecular.

1.2 Métodos para medir o diâmetro das moléculas

Na física molecular, os principais “atores” são as moléculas, as partículas inimaginavelmente pequenas que constituem todas as substâncias do mundo. É claro que para estudar muitos fenômenos é importante saber quais são as moléculas. Em particular, quais são os seus tamanhos.

Quando as pessoas falam sobre moléculas, elas geralmente são consideradas bolas pequenas, elásticas e duras. Portanto, conhecer o tamanho das moléculas significa conhecer o seu raio.

Apesar da pequenez dos tamanhos moleculares, os físicos conseguiram desenvolver muitas maneiras de determiná-los. Física 7 fala sobre dois deles. Aproveita-se a propriedade de alguns (muito poucos) líquidos de se espalharem na forma de um filme com a espessura de uma molécula. Em outro, o tamanho das partículas é determinado por meio de um dispositivo complexo - um projetor de íons.

A estrutura das moléculas é estudada por vários métodos experimentais. A difração de elétrons, a difração de nêutrons e a análise estrutural de raios X fornecem informações diretas sobre a estrutura das moléculas. A difração de elétrons, método que estuda o espalhamento de elétrons por um feixe de moléculas na fase gasosa, permite calcular parâmetros de configuração geométrica para moléculas isoladas relativamente simples. A difração de nêutrons e a análise estrutural de raios X limitam-se à análise da estrutura de moléculas ou fragmentos ordenados individuais na fase condensada. Além das informações acima, os estudos de raios X permitem obter dados quantitativos sobre a distribuição espacial da densidade eletrônica nas moléculas.

Os métodos espectroscópicos baseiam-se na individualidade dos espectros dos compostos químicos, que é determinada pelo conjunto de estados e níveis de energia correspondentes característicos de cada molécula. Esses métodos permitem a análise espectral qualitativa e quantitativa de substâncias.

Os espectros de absorção ou emissão na região de micro-ondas do espectro permitem estudar transições entre estados rotacionais, determinar os momentos de inércia das moléculas e, com base neles - comprimentos de ligação, ângulos de ligação e outros parâmetros geométricos das moléculas. A espectroscopia infravermelha, via de regra, estuda transições entre estados vibracionais-rotacionais e é amplamente utilizada para fins espectrais e analíticos, uma vez que muitas frequências vibracionais de certos fragmentos estruturais de moléculas são características e mudam ligeiramente ao passar de uma molécula para outra. Ao mesmo tempo, a espectroscopia infravermelha permite avaliar a configuração geométrica de equilíbrio. Os espectros de moléculas nas faixas de frequência óptica e ultravioleta estão associados principalmente a transições entre estados eletrônicos. O resultado de sua pesquisa são dados sobre as características das superfícies potenciais para vários estados e os valores das constantes moleculares que determinam essas superfícies potenciais, bem como os tempos de vida das moléculas em estados excitados e as probabilidades de transições de um estado para outro.

Informações únicas sobre os detalhes da estrutura eletrônica das moléculas são fornecidas pelos espectros de foto e fotoelétrons de raios X, bem como pelos espectros Auger, que permitem avaliar o tipo de simetria dos orbitais moleculares e as características da distribuição de densidade eletrônica . A espectroscopia a laser (em várias faixas de frequência), caracterizada por uma seletividade de excitação excepcionalmente alta, abriu amplas possibilidades para o estudo de estados individuais de moléculas. A espectroscopia de laser pulsado permite analisar a estrutura de moléculas de vida curta e suas transformações em um campo eletromagnético.

Uma variedade de informações sobre a estrutura e propriedades das moléculas são obtidas estudando seu comportamento em campos elétricos e magnéticos externos.

Existe, no entanto, um método muito simples, embora não o mais preciso, para calcular os raios das moléculas (ou átomos), que se baseia no facto de as moléculas de uma substância, quando esta se encontra no estado sólido ou líquido, podem ser considerados firmemente adjacentes entre si. Neste caso, para uma estimativa aproximada, podemos assumir que o volume V alguma massa eu de uma substância é simplesmente igual à soma dos volumes das moléculas que ela contém. Então obtemos o volume de uma molécula dividindo o volume V por número de moléculas N.

Número de moléculas em uma pesagem corporal eu igualmente, como se sabe,

, Onde M- massa molar da substância N A é o número de Avogrado. Daí o volume V 0 de uma molécula é determinado a partir da igualdade.

Esta expressão inclui a relação entre o volume de uma substância e sua massa. O oposto é verdadeiro