Ang mga molekula ay may iba't ibang laki at hugis. Para sa kalinawan, ilarawan natin ang molekula sa anyo ng isang bola, na iniisip na ito ay natatakpan ng isang spherical na ibabaw, sa loob kung saan ang mga elektronikong shell ng mga atom nito (Larawan 4, a). Ayon sa modernong mga konsepto, ang mga molekula ay walang geometrically na tinukoy na diameter. Samakatuwid, napagkasunduan na kunin ang diameter d ng molekula bilang ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng dalawang molekula (Larawan 4, b), na napakalapit na ang mga kaakit-akit na pwersa sa pagitan ng mga ito ay nababalanse ng mga salungat na pwersa.

Mula sa kurso ng kimika, alam na ang isang kilo-molekula (kilomole) ng anumang sangkap, anuman ang estado ng pagsasama-sama nito, ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula, na tinatawag na numero ng Avogadro, lalo na. N A = 6.02*10 26 molekula.

Ngayon ay tantiyahin natin ang diameter ng isang molekula, halimbawa tubig. Upang gawin ito, hatiin ang dami ng isang kilomole ng tubig sa numero ni Avogadro. Ang isang kilomole ng tubig ay may masa 18 kg. Ipagpalagay na ang mga molekula ng tubig ay matatagpuan malapit sa isa't isa at ang density nito 1000 kg/m3, masasabi natin yan 1 kmol ang tubig ay tumatagal ng dami V = 0.018 m3. Isang molekula ng tubig ang bumubuo sa dami

Ang pagkuha ng molekula bilang isang bola at gamit ang formula para sa dami ng isang bola, kinakalkula namin ang tinatayang diameter, kung hindi man ay ang linear na laki ng isang molekula ng tubig:

Diyametro ng molekulang tanso 2.25*10 -10 m. Ang mga diameter ng mga molekula ng gas ay pareho ang pagkakasunud-sunod. Halimbawa, ang diameter ng isang molekula ng hydrogen 2.47*10 -10 m, carbon dioxide - 3.32*10 -10 m. Nangangahulugan ito na ang molekula ay may diameter ng pagkakasunud-sunod ng 10 -10 m. Sa haba 1 cm 100 milyong molekula ang matatagpuan sa malapit.

Tantyahin natin ang masa ng isang molekula, halimbawa ng asukal (C 12 H 22 O 11). Upang gawin ito kailangan mo ng isang mass ng kilomoles ng asukal (μ = 342.31 kg/kmol) hinati sa numero ni Avogadro, ibig sabihin, sa bilang ng mga molekula sa

>>Physics: Mga pangunahing prinsipyo ng molecular kinetic theory. Mga laki ng molekular

Ang mga molekula ay napakaliit, ngunit tingnan kung gaano kadaling tantiyahin ang kanilang laki at masa. Ang isang obserbasyon at isang pares ng mga simpleng kalkulasyon ay sapat na. Totoo, kailangan pa nating malaman kung paano ito gagawin.
Ang molecular kinetic theory ng istraktura ng bagay ay batay sa tatlong pahayag: ang bagay ay binubuo ng mga particle; ang mga particle na ito ay random na gumagalaw; ang mga particle ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang bawat pahayag ay mahigpit na napatunayan sa pamamagitan ng mga eksperimento.
Ang mga katangian at pag-uugali ng lahat ng mga katawan nang walang pagbubukod, mula sa mga ciliates hanggang sa mga bituin, ay tinutukoy ng paggalaw ng mga particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa: mga molekula, mga atomo o kahit na mas maliit na mga pormasyon - mga elementarya na particle.
Pagtataya ng mga laki ng molekular. Upang maging ganap na sigurado sa pagkakaroon ng mga molekula, dapat matukoy ang kanilang mga sukat.
Ang pinakamadaling paraan upang gawin ito ay ang panoorin ang isang patak ng langis, tulad ng langis ng oliba, na kumalat sa ibabaw ng tubig. Hindi kailanman matatakpan ng langis ang buong ibabaw kung malaki ang sisidlan ( Fig.8.1). Imposibleng pilitin ang isang droplet na may dami na 1 mm 3 na kumalat upang ito ay sumasakop sa isang ibabaw na lugar na higit sa 0.6 m 2. Maaaring ipagpalagay na kapag ang langis ay kumalat sa pinakamataas na lugar, ito ay bumubuo ng isang layer na isang molekula lamang ang kapal - isang "monomolecular layer". Ang kapal ng layer na ito ay madaling matukoy at sa gayon ay tantiyahin ang laki ng molekula ng langis ng oliba.

Dami V ang layer ng langis ay katumbas ng produkto ng surface area nito S sa kapal d layer, i.e. V=Sd. Samakatuwid, ang laki ng molekula ng langis ng oliba ay:

Hindi na kailangang ilista ngayon ang lahat ng posibleng paraan upang patunayan ang pagkakaroon ng mga atomo at molekula. Ginagawang posible ng mga modernong instrumento na makakita ng mga larawan ng mga indibidwal na atomo at molekula. Ang Figure 8.2 ay nagpapakita ng isang micrograph ng ibabaw ng isang silicon wafer, kung saan ang mga bumps ay mga indibidwal na silicon atoms. Ang ganitong mga imahe ay unang natutunan na nakuha noong 1981 gamit ang hindi ordinaryong optical, ngunit kumplikadong tunneling microscopes.

Ang mga sukat ng mga molekula, kabilang ang langis ng oliba, ay mas malaki kaysa sa mga sukat ng mga atomo. Ang diameter ng anumang atom ay humigit-kumulang 10 -8 cm. Napakaliit ng mga sukat na ito na mahirap isipin. Sa ganitong mga kaso, gumagamit sila ng mga paghahambing.
Narito ang isa sa kanila. Kung ikukuyom mo ang iyong mga daliri sa isang kamao at palakihin ito sa laki ng globo, ang atom sa parehong paglaki ay magiging kasing laki ng isang kamao.
Bilang ng mga molekula. Sa napakaliit na laki ng molekular, ang kanilang bilang sa anumang macroscopic na katawan ay napakalaki. Kalkulahin natin ang tinatayang bilang ng mga molekula sa isang patak ng tubig na may mass na 1 g at, samakatuwid, isang volume na 1 cm 3.
Ang diameter ng isang molekula ng tubig ay humigit-kumulang 3 10 -8 cm. Isinasaalang-alang na ang bawat molekula ng tubig, kapag ang mga molekula ay mahigpit na nakaimpake, ay sumasakop sa isang volume (3 10 -8 cm) 3, maaari mong mahanap ang bilang ng mga molekula sa isang patak ng paghahati ng volume ng drop (1 cm 3) sa volume, bawat molekula:

Sa bawat paglanghap, nakukuha mo ang napakaraming molekula na kung ang lahat ng ito ay pantay na ipinamahagi sa kapaligiran ng Earth pagkatapos ng pagbuga, ang bawat naninirahan sa planeta ay makakatanggap ng dalawa o tatlong molekula na nasa iyong mga baga kapag humihinga.
Ang mga sukat ng atom ay maliit: .
Ang tatlong pangunahing probisyon ng molecular kinetic theory ay tatalakayin nang paulit-ulit.

???
1. Anong mga sukat ang kailangang gawin upang matantya ang laki ng molekula ng langis ng oliba?
2. Kung ang isang atom ay nadagdagan sa laki ng buto ng poppy (0.1 mm), anong sukat ng katawan ang maaabot ng butil na may parehong paglaki?
3. Ilista ang katibayan na alam mo para sa pagkakaroon ng mga molekula na hindi binanggit sa teksto.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Physics ika-10 baitang

Nilalaman ng aralin mga tala ng aralin pagsuporta sa frame lesson presentation acceleration methods interactive na mga teknolohiya Magsanay mga gawain at pagsasanay mga workshop sa pagsusulit sa sarili, mga pagsasanay, mga kaso, mga pakikipagsapalaran sa mga tanong sa talakayan sa araling-bahay, mga retorika na tanong mula sa mga mag-aaral Mga Ilustrasyon audio, mga video clip at multimedia litrato, larawan, graphics, talahanayan, diagram, katatawanan, anekdota, biro, komiks, talinghaga, kasabihan, crosswords, quote Mga add-on mga abstract articles tricks para sa mga curious crib textbooks basic at karagdagang diksyunaryo ng mga terminong iba Pagpapabuti ng mga aklat-aralin at mga aralinpagwawasto ng mga pagkakamali sa aklat-aralin pag-update ng isang fragment sa isang aklat-aralin, mga elemento ng pagbabago sa aralin, pagpapalit ng hindi napapanahong kaalaman ng mga bago Para lamang sa mga guro perpektong mga aralin plano sa kalendaryo para sa taon; mga rekomendasyong pamamaraan; mga programa sa talakayan Pinagsanib na Aralin

Kung mayroon kang mga pagwawasto o mungkahi para sa araling ito,

Molecular kinetic theory ng mga ideal na gas

Sa pisika, dalawang pangunahing pamamaraan ang ginagamit upang ilarawan ang mga thermal phenomena: molecular kinetic (statistical) at thermodynamic.

Molecular kinetic na pamamaraan (statistical) batay sa ideya na ang lahat ng mga sangkap ay binubuo ng mga molekula sa magulong paggalaw. Dahil ang bilang ng mga molekula ay napakalaki, posible, gamit ang mga batas ng istatistika, upang makahanap ng ilang mga pattern para sa buong sangkap sa kabuuan.

Thermodynamic na pamamaraan ay nagmula sa mga batayang eksperimental na batas na tinatawag na mga batas ng thermodynamics. Ang thermodynamic method ay lumalapit sa pag-aaral ng mga phenomena na katulad ng classical mechanics, na nakabatay sa mga eksperimentong batas ni Newton. Ang pamamaraang ito ay hindi isinasaalang-alang ang panloob na istraktura ng bagay.

Mga pangunahing prinsipyo ng molecular kinetic theory

At ang kanilang pang-eksperimentong katwiran. Brownian motion.

Mass at laki ng mga molekula.

Ang isang teorya na nag-aaral ng mga thermal phenomena sa mga macroscopic na katawan at nagpapaliwanag ng pag-asa ng mga panloob na katangian ng mga katawan sa kalikasan ng paggalaw at pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle na bumubuo sa mga katawan ay tinatawag na teoryang molekular kinetiko ( pinaikling MKT ) o simpleng molecular physics.

Ang molecular kinetic theory ay batay sa tatlong pinakamahalagang prinsipyo:

Ayon kay unang posisyon MKT , V Ang lahat ng mga katawan ay binubuo ng isang malaking bilang ng mga particle (mga atomo at molekula), kung saan mayroong mga puwang .

Atom ay isang electrically neutral microparticle na binubuo ng isang positively charged nucleus at isang electron shell na nakapalibot dito. Ang isang koleksyon ng mga atomo ng parehong uri ay tinatawag elemento ng kemikal . Sa kanilang natural na estado, ang mga atomo ng 90 elemento ng kemikal ay nangyayari sa kalikasan, ang pinakamabigat sa mga ito ay uranium. Kapag pinaglapit, ang mga atomo ay maaaring magkaisa sa mga matatag na grupo. Ang mga sistema ng isang maliit na bilang ng mga atomo na pinagsama-sama ay tinatawag molekula . Halimbawa, ang isang molekula ng tubig ay binubuo ng tatlong atomo (Fig.): dalawang hydrogen atoms (H) at isang oxygen atom (O), kaya ito ay itinalagang H 2 O. Ang mga molekula ay ang pinakamaliit na stable na particle ng isang partikular na substance na mayroon nito. pangunahing katangian ng kemikal. Halimbawa, ang pinakamaliit na butil ng tubig ay isang molekula ng tubig, ang pinakamaliit na butil ng asukal ay isang molekula ng asukal.

Ang mga sangkap na binubuo ng mga atomo na hindi pinagsama sa mga molekula ay sinasabing nasa estado ng atom; kung hindi man ay pinag-uusapan nila estadong molekular. Sa unang kaso, ang pinakamaliit na particle ng isang substance ay isang atom (halimbawa, He), sa pangalawang kaso, ito ay isang molekula (halimbawa, H 2 O).

Kung ang dalawang katawan ay binubuo ng parehong bilang ng mga particle, kung gayon ang mga ito ay sinasabing naglalaman ng pareho dami ng sangkap . Ang dami ng sangkap ay tinutukoy ng letrang Griyego na ν(nu) at sinusukat sa mga nunal. Para sa 1 nunal kunin ang dami ng sangkap sa 12 g ng carbon. Dahil ang 12 g ng carbon ay naglalaman ng humigit-kumulang 6∙10 23 atoms, kung gayon para sa dami ng substance (i.e., ang bilang ng mga moles) sa isang katawan na binubuo ng N particle, maaari nating isulat

Kung ilalagay natin ang notasyon N A = 6∙10 23 mol -1.

pagkatapos ang kaugnayan (1) ay magkakaroon ng anyo ng sumusunod na simpleng formula:

kaya, dami ng sangkap ay ang ratio ng bilang N ng mga molekula (atoms) sa isang ibinigay na macroscopic body sa bilang N A ng mga atomo sa 0.012 kg ng mga carbon atoms:

1 mole ng anumang substance ay naglalaman ng N A = 6.02·10 23 molecules. Ang numerong N A ay tinatawag Ang pare-pareho ni Avogadro. Pisikal na kahulugan ng pare-pareho ni Avogadro ay ang halaga nito ay nagpapakita ng bilang ng mga particle (mga atom sa isang atomic substance, mga molekula sa isang molekular na substance) na nasa 1 mole ng anumang substance.

Ang masa ng isang nunal ng isang sangkap ay tinatawag molar mass . Kung ang molar mass ay tinutukoy ng titik μ, kung gayon para sa dami ng sangkap sa isang katawan ng mass m maaari nating isulat:

Mula sa mga formula (2) at (3) sumusunod na ang bilang ng mga particle sa anumang katawan ay maaaring matukoy ng formula:

Ang molar mass ay tinutukoy ng formula

M=M g 10 -3 kg/mol

Dito ipinapahiwatig ang M g kamag-anak na molekular (atomic) na masa ng isang sangkap, sinusukat sa a.m.u. (atomic mass units), na sa molecular physics ay karaniwang nagpapakilala sa masa ng mga molecule (atoms). Relative molecular mass M g maaaring matukoy kung ang average na molecular mass (m m) ng isang naibigay na substance ay nahahati sa 1/12 ng mass ng carbon isotope 12 C:

1/12 m 12 C = 1 a.u.m = 1.66 10 -27 kg.

Kapag nilulutas ang mga problema, ang halagang ito ay matatagpuan gamit ang periodic table. Ipinapakita ng talahanayang ito ang mga relatibong atomic na masa ng mga elemento. Pagdaragdag ng mga ito alinsunod sa pormula ng kemikal ng molekula ng isang naibigay na sangkap, at pagkuha ng kamag-anak na molekular na M g . Halimbawa, para sa

carbon (C) M g =12·10 -3 kg/mol

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

Katulad na tinukoy relatibong atomic mass.

Ang isang mole ng gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay sumasakop sa isang volume V 0 = 22.4 10 23 m 3

Samakatuwid, sa 1 m 3 ng anumang gas sa normal na kondisyon (tinutukoy sa pamamagitan ng presyon P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 atm; temperatura 273ºK (0ºC), dami ng 1 mole ng ideal na gas V 0 = 22.4 10 -3 m 3) ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula:

Ang numerong ito ay tinatawag na pare-pareho Loshmidt.

Ang mga molekula (tulad ng mga atomo) ay walang malinaw na mga hangganan. Ang mga sukat ng mga molekula ng mga solido ay maaaring tinatayang bilang mga sumusunod:

kung saan ang volume bawat 1 molekula, ay ang volume ng buong katawan,

Ang m at ρ ay ang masa at density nito, ang N ay ang bilang ng mga molekula sa loob nito.

Ang mga atomo at molekula ay hindi makikita sa mata o sa isang optical microscope. Samakatuwid, ang mga pagdududa ng maraming mga siyentipiko sa huling bahagi ng ika-19 na siglo. sa realidad ng kanilang pag-iral ay mauunawaan ng isa. Gayunpaman, noong ika-20 siglo. naging iba ang sitwasyon. Ngayon, sa tulong ng isang electron microscope, pati na rin ang holographic microscopy, posible na obserbahan ang mga larawan ng hindi lamang mga molekula, ngunit kahit na mga indibidwal na atomo.

Ipinapakita ng data ng X-ray diffraction na ang diameter ng anumang atom ay nasa pagkakasunud-sunod ng d = 10 -8 cm (10 -10 m). Ang mga molekula ay mas malaki kaysa sa mga atomo. Dahil ang mga molekula ay binubuo ng ilang mga atomo, mas malaki ang bilang ng mga atomo sa isang molekula, mas malaki ang sukat nito. Ang mga sukat ng mga molekula ay mula 10 -8 cm (10 -10 m) hanggang 10 -5 cm (10 -7 m).

Ang mga masa ng mga indibidwal na molekula at atom ay napakaliit, halimbawa, ang ganap na halaga ng masa ng isang molekula ng tubig ay humigit-kumulang 3·10 -26 kg. Ang masa ng mga indibidwal na molekula ay eksperimento na tinutukoy gamit ang isang espesyal na aparato - isang mass spectrometer.

Bilang karagdagan sa mga direktang eksperimento na ginagawang posible na obserbahan ang mga atom at molekula, maraming iba pang hindi direktang data ang nagsasalita pabor sa kanilang pag-iral. Ito ay, halimbawa, mga katotohanan tungkol sa thermal expansion ng mga katawan, ang kanilang compressibility, ang paglusaw ng ilang mga sangkap sa iba, atbp.

Ayon kay ang pangalawang posisyon ng molecular kinetic theory, ang mga particle ay patuloy na gumagalaw at magulo (random).

Ang posisyon na ito ay nakumpirma ng pagkakaroon ng pagsasabog, pagsingaw, presyon ng gas sa mga dingding ng sisidlan, pati na rin ang kababalaghan ng Brownian motion.

Ang random na paggalaw ay nangangahulugan na ang mga molekula ay walang anumang ginustong mga landas at ang kanilang mga paggalaw ay may mga random na direksyon.

Pagsasabog (mula sa Latin diffusion - pagkalat, pagkalat) - isang kababalaghan kapag, bilang isang resulta ng thermal na paggalaw ng isang sangkap, ang kusang pagtagos ng isang sangkap sa isa pa ay nangyayari (kung ang mga sangkap na ito ay nakikipag-ugnay). Ayon sa molecular kinetic theory, ang naturang paghahalo ay nangyayari bilang isang resulta ng random na paglipat ng mga molecule ng isang substance na tumatagos sa mga puwang sa pagitan ng mga molecule ng isa pang substance. Ang lalim ng pagtagos ay depende sa temperatura: mas mataas ang temperatura, mas malaki ang bilis ng paggalaw ng mga particle ng sangkap at mas mabilis ang pagsasabog. Ang pagsasabog ay sinusunod sa lahat ng estado ng bagay - sa mga gas, likido at solido. Ang pagsasabog ay nangyayari nang pinakamabilis sa mga gas (kaya naman ang amoy ay mabilis na kumakalat sa hangin). Ang pagsasabog ay nangyayari nang mas mabagal sa mga likido kaysa sa mga gas. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga molekula ng likido ay matatagpuan nang mas siksik, at samakatuwid ay mas mahirap na "makalusot" sa kanila. Ang pagsasabog ay nangyayari nang pinakamabagal sa mga solido. Sa isang eksperimento, ang makinis na pinakintab na mga plato ng tingga at ginto ay inilagay nang isa sa ibabaw ng isa at pinipiga nang may timbang. Pagkatapos ng limang taon, ang ginto at tingga ay tumagos sa isa't isa ng 1mm. Tinitiyak ng pagsasabog sa mga solido ang koneksyon ng mga metal sa panahon ng hinang, paghihinang, chrome plating, atbp. Malaki ang kahalagahan ng pagsasabog sa mga proseso ng buhay ng mga tao, hayop at halaman. Halimbawa, salamat sa pagsasabog na ang oxygen ay tumagos mula sa mga baga patungo sa dugo ng tao, at mula sa dugo patungo sa mga tisyu.

Brownian motion tinatawag na random na paggalaw ng maliliit na particle ng isa pang substance na nasuspinde sa isang likido o gas. Ang kilusang ito ay natuklasan noong 1827 ng Ingles na botanist na si R. Brown, na naobserbahan sa pamamagitan ng mikroskopyo ang paggalaw ng pollen na nasuspinde sa tubig. Sa ngayon, para sa gayong mga obserbasyon, ginagamit ang maliliit na bahagi ng pintura ng gummigut, na hindi natutunaw sa tubig. Sa isang gas, ang Brownian motion ay ginagawa, halimbawa, sa pamamagitan ng mga particle ng alikabok o usok na nasuspinde sa hangin. Ang brownian motion ng isang particle ay nangyayari dahil ang mga impulses na kung saan ang mga molekula ng isang likido o gas ay kumikilos sa particle na ito ay hindi nagbabayad sa bawat isa. Ang mga molekula ng daluyan (iyon ay, mga molekula ng gas o likido) ay gumagalaw nang magulo, kaya ang kanilang mga epekto ay humahantong sa Brownian particle sa random na paggalaw: ang Brownian particle ay mabilis na nagbabago ng bilis nito sa direksyon at magnitude (Fig. 1).

Sa panahon ng pag-aaral ng Brownian motion, natuklasan na ang intensity nito ay: a) tumataas sa pagtaas ng temperatura ng kapaligiran; b) tumataas habang bumababa ang laki ng mga particle ng Brown; c) bumababa sa isang mas malapot na likido at d) ay ganap na independiyente sa materyal (densidad) ng mga Brownian na particle. Bilang karagdagan, natagpuan na ang paggalaw na ito ay unibersal (dahil ito ay sinusunod sa lahat ng mga sangkap na nasuspinde sa isang spray na estado sa isang likido), tuloy-tuloy (sa isang cuvette na sarado sa lahat ng panig, maaari itong obserbahan para sa mga linggo, buwan, taon) at magulo (randomly).

Ayon kay ang ikatlong probisyon ng IKT , ang mga particle ng bagay ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa: sila ay naaakit sa maikling distansya at nagtataboy kapag bumaba ang mga distansyang ito.

Ang pagkakaroon ng intermolecular interaction forces (forces of mutual attraction and repulsion) ay nagpapaliwanag sa pagkakaroon ng matatag na likido at solid na katawan.

Ang parehong mga dahilan ay nagpapaliwanag sa mababang compressibility ng mga likido at ang kakayahan ng mga solid na labanan ang compressive at tensile deformations.

Ang mga puwersa ng intermolecular interaction ay electromagnetic sa kalikasan at bumaba sa dalawang uri: atraksyon at pagtanggi. Ang mga puwersang ito ay nagpapakita ng kanilang mga sarili sa mga distansya na maihahambing sa laki ng mga molekula. Ang dahilan para sa mga puwersang ito ay ang mga molekula at mga atomo ay binubuo ng mga sisingilin na particle na may magkasalungat na mga palatandaan ng mga singil - mga negatibong electron at positibong sisingilin na atomic nuclei. Sa pangkalahatan, ang mga molekula ay neutral sa kuryente. Sa Figure 2.2, gamit ang mga arrow, ipinapakita na ang nuclei ng mga atomo, sa loob nito ay may positibong sisingilin na mga proton, ay nagtataboy sa isa't isa, at ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay kumikilos sa parehong paraan. Ngunit may mga kaakit-akit na puwersa sa pagitan ng nuclei at mga electron.

Ang pag-asa ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula sa distansya sa pagitan ng mga ito ay husay na nagpapaliwanag ng mekanismo ng molekular ng paglitaw ng mga nababanat na puwersa sa mga solido. Kapag ang isang solidong katawan ay nakaunat, ang mga particle ay lumalayo sa isa't isa. Sa kasong ito, lumilitaw ang mga kaakit-akit na puwersa ng mga molekula, na nagbabalik ng mga particle sa kanilang orihinal na posisyon. Kapag ang isang solidong katawan ay na-compress, ang mga particle ay gumagalaw nang magkakalapit. Ito ay humahantong sa isang pagtaas sa mga salungat na puwersa, na ibabalik ang mga particle sa kanilang orihinal na posisyon at maiwasan ang karagdagang compression.

Samakatuwid, sa maliliit na deformation (milyong beses na mas malaki kaysa sa laki ng mga molekula), ang batas ni Hooke ay nasiyahan, ayon sa kung saan ang nababanat na puwersa ay proporsyonal sa pagpapapangit. Sa malalaking displacement, hindi nalalapat ang batas ni Hooke

Ang bisa ng posisyon na ito ay napatunayan ng paglaban ng lahat ng mga katawan sa compression, pati na rin (maliban sa mga gas) sa kanilang pag-uunat.

Kikoin A.K. Isang simpleng paraan upang matukoy ang laki ng mga molekula // Quantum. - 1983. - Bilang 9. - P.29-30.

Sa pamamagitan ng espesyal na kasunduan sa editoryal board at mga editor ng journal na "Kvant"

Sa molecular physics, ang pangunahing "mga aktor" ay mga molekula, ang hindi maisip na maliliit na particle na bumubuo sa lahat ng mga sangkap sa mundo. Malinaw na upang pag-aralan ang maraming phenomena, mahalagang malaman kung ano ang mga molekula ng mga ito. Sa partikular, ano ang kanilang mga sukat.

Kapag pinag-uusapan ng mga tao ang tungkol sa mga molekula, kadalasang iniisip ang mga ito bilang maliliit, nababanat, matigas na bola. Samakatuwid, ang pag-alam sa laki ng mga molekula ay nangangahulugan ng pag-alam sa kanilang radius.

Sa kabila ng liit ng mga sukat ng molekular, ang mga physicist ay nakagawa ng maraming paraan upang matukoy ang mga ito. Ang Physics 9 ay nagsasalita tungkol sa dalawa sa kanila. Sinasamantala ng isa ang pag-aari ng ilan (napakakaunting) likido upang kumalat sa anyo ng isang pelikula na may kapal na isang molekula. Sa isa pa, ang laki ng butil ay tinutukoy gamit ang isang kumplikadong aparato - isang ion projector.

Gayunpaman, mayroong isang napakasimple, bagaman hindi ang pinakatumpak, na paraan ng pagkalkula ng radii ng mga molekula (o mga atomo). Ito ay batay sa katotohanan na ang mga molekula ng isang sangkap, kapag ito ay nasa solid o likidong estado, maaaring ituring na mahigpit na katabi ng bawat isa. Sa kasong ito, para sa isang magaspang na pagtatantya, maaari naming ipagpalagay na ang lakas ng tunog V ilang misa m ng isang sangkap ay katumbas lamang ng kabuuan ng mga volume ng mga molecule na nilalaman nito. Pagkatapos ay makuha namin ang dami ng isang molekula sa pamamagitan ng paghahati ng lakas ng tunog V bawat bilang ng mga molekula N.

Bilang ng mga molekula sa isang katawan na tumitimbang m katumbas, gaya ng nalalaman, \(~N_a \frac(m)(M)\), kung saan M- molar mass ng sangkap N A ang numero ni Avogadro. Kaya ang lakas ng tunog V 0 ng isang molekula ay tinutukoy mula sa pagkakapantay-pantay

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

Kasama sa expression na ito ang ratio ng volume ng isang substance sa masa nito. Ang inverse relation \(~\frac(m)(V) = \rho\) ay ang density ng substance, kaya

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

Ang density ng halos anumang sangkap ay matatagpuan sa mga talahanayan na naa-access ng lahat. Ang molar mass ay madaling matukoy kung ang chemical formula ng isang substance ay kilala.

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

mula sa kung saan nakuha namin ang expression para sa radius ng molekula:

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

Ang una sa dalawang ugat na ito ay isang pare-parehong halaga na katumbas ng ≈ 7.4 10 -9 mol 1/3, kaya ang formula para sa r nagpapanggap

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

Halimbawa, ang radius ng isang molekula ng tubig na kinakalkula gamit ang formula na ito ay katumbas ng r B ≈ 1.9 · 10 -10 m.

Ang inilarawan na paraan para sa pagtukoy ng radii ng mga molekula ay hindi maaaring tumpak dahil lamang sa mga bola ay hindi mailalagay upang walang mga puwang sa pagitan nila, kahit na sila ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Bilang karagdagan, sa gayong "pag-iimpake" ng mga molekula-bola, ang mga paggalaw ng molekular ay magiging imposible. Gayunpaman, ang mga kalkulasyon ng mga sukat ng mga molekula gamit ang formula na ibinigay sa itaas ay nagbibigay ng mga resulta na halos kasabay ng mga resulta ng iba pang mga pamamaraan, na hindi maihahambing na mas tumpak.

Institusyong pang-edukasyon sa munisipyo

"Basic secondary school No. 10"

Pagpapasiya ng diameter ng molekular

Gawain sa laboratoryo

Tagapagganap: Masaev Evgeniy

ika-7 baitang "A"

Pinuno: Reznik A.V.

distrito ng Guryevsky

Panimula

This school year nagsimula akong mag-aral ng physics. Nalaman ko na ang mga katawan na nakapaligid sa atin ay binubuo ng maliliit na particle - mga molekula. Interesado ako sa laki ng mga molekula. Dahil sa kanilang napakaliit na sukat, ang mga molekula ay hindi makikita sa mata o sa ordinaryong mikroskopyo. Nabasa ko na ang mga molekula ay makikita lamang gamit ang isang electron microscope. Napatunayan ng mga siyentipiko na ang mga molekula ng iba't ibang mga sangkap ay naiiba sa bawat isa, ngunit ang mga molekula ng parehong sangkap ay pareho. Nais kong sukatin ang diameter ng isang molekula sa pagsasanay. Ngunit sa kasamaang-palad, ang kurikulum ng paaralan ay hindi nagbibigay para sa pag-aaral ng mga problema ng ganitong uri, at kung isasaalang-alang ito nang nag-iisa ay naging isang mahirap na gawain at kailangan kong pag-aralan ang panitikan sa mga pamamaraan para sa pagtukoy ng diameter ng mga molekula.

Kabanataako. Mga molekula

1.1 Mula sa teorya ng isyu

Ang isang molekula sa modernong kahulugan ay ang pinakamaliit na butil ng isang sangkap na mayroong lahat ng mga katangiang kemikal nito. Ang molekula ay may kakayahang independiyenteng pag-iral. Maaari itong binubuo ng magkaparehong mga atomo, halimbawa, oxygen O 2, ozone O 3, nitrogen N 2, phosphorus P 4, sulfur S 6, atbp., o ng iba't ibang mga atomo: kabilang dito ang mga molekula ng lahat ng kumplikadong sangkap. Ang pinakasimpleng mga molekula ay binubuo ng isang atom: ito ay mga molekula ng mga inert na gas - helium, neon, argon, krypton, xenon, radon. Sa tinatawag na high molecular weight compounds at polymers, ang bawat molekula ay maaaring binubuo ng daan-daang libong mga atomo.

Ang pang-eksperimentong patunay ng pagkakaroon ng mga molekula ay unang pinakakapanipaniwalang ibinigay ng Pranses na pisiko na si J. Perrin noong 1906 habang nag-aaral ng Brownian motion. Ito, tulad ng ipinakita ni Perrin, ay ang resulta ng thermal movement ng mga molekula - at wala nang iba pa.

Ang kakanyahan ng isang molekula ay maaaring ilarawan mula sa ibang punto ng view: ang isang molekula ay isang matatag na sistema na binubuo ng atomic nuclei (magkapareho o naiiba) at mga nakapaligid na electron, at ang mga kemikal na katangian ng molekula ay tinutukoy ng mga electron ng mga panlabas na shell sa ang mga atomo. Ang mga atom ay pinagsama sa mga molekula sa karamihan ng mga kaso sa pamamagitan ng mga bono ng kemikal. Karaniwan, ang gayong bono ay nilikha ng isa, dalawa o tatlong pares ng mga electron, na ibinabahagi sa pagitan ng dalawang atomo.

Ang mga atomo sa mga molekula ay konektado sa isa't isa sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod at ipinamamahagi sa espasyo sa isang tiyak na paraan. Ang mga bono sa pagitan ng mga atomo ay may iba't ibang lakas; ito ay tinatantya ng dami ng enerhiya na dapat gastusin upang masira ang mga interatomic bond.

Ang mga molekula ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na sukat at hugis. Natukoy sa pamamagitan ng iba't ibang pamamaraan na ang 1 cm 3 ng anumang gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay naglalaman ng mga 2.7 x 10 19 molecule.

Upang maunawaan kung gaano kalaki ang bilang na ito, maaari mong isipin na ang molekula ay isang "brick". Kung kukuha ka ng isang bilang ng mga ladrilyo na katumbas ng bilang ng mga molekula sa 1 cm 3 ng gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at makapal na ilatag ang mga ito sa ibabaw ng lupa ng buong mundo, tatakpan nila ang ibabaw ng isang layer na 120 m ang taas, na ay halos 4 na beses ang taas ng isang 10-palapag na gusali. Ang malaking bilang ng mga molekula sa bawat dami ng yunit ay nagpapahiwatig ng napakaliit na sukat ng mga molekula mismo. Halimbawa, ang masa ng isang molekula ng tubig ay m=29.9 x 10 -27 kg. Ang mga sukat ng mga molekula ay naaayon sa maliit. Ang diameter ng isang molekula ay itinuturing na pinakamababang distansya kung saan pinahihintulutan sila ng mga salungat na pwersa na lapitan. Gayunpaman, ang konsepto ng laki ng molekular ay may kondisyon, dahil sa mga distansyang molekular ang mga konsepto ng klasikal na pisika ay hindi palaging nabibigyang katwiran. Ang average na laki ng mga molekula ay mga 10-10 m.

Ang isang molekula bilang isang sistema na binubuo ng mga nag-uugnay na mga electron at nuclei ay maaaring nasa iba't ibang estado at lumipat mula sa isang estado patungo sa isa pa nang pilit (sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na impluwensya) o kusang-loob. Ang lahat ng mga molekula ng isang naibigay na uri ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na hanay ng mga estado, na maaaring magsilbi upang makilala ang mga molekula. Bilang isang independiyenteng pagbuo, ang isang molekula ay may isang tiyak na hanay ng mga pisikal na katangian sa bawat estado; ang mga katangiang ito ay napanatili sa isang antas o iba pa sa panahon ng paglipat mula sa mga molekula patungo sa sangkap na binubuo ng mga ito at tinutukoy ang mga katangian ng sangkap na ito. Sa panahon ng pagbabagong-anyo ng kemikal, ang mga molekula ng isang substansiya ay nagpapalitan ng mga atomo sa mga molekula ng isa pang sangkap, nabubuwag sa mga molekula na may mas kaunting mga atomo, at pumapasok din sa iba pang uri ng mga reaksiyong kemikal. Samakatuwid, pinag-aaralan ng kimika ang mga sangkap at ang kanilang mga pagbabago sa hindi maihihiwalay na koneksyon sa istraktura at estado ng mga molekula.

Ang isang electrically neutral na particle ay karaniwang tinatawag na molekula. Sa isang substansiya, ang mga positibong ion ay laging kasama ng mga negatibo.

Batay sa bilang ng mga atomic nuclei na kasama sa molekula, ang mga molekula ay nakikilala bilang diatomic, triatomic, atbp. Kung ang bilang ng mga atomo sa isang molekula ay lumampas sa daan-daan at libu-libo, ang molekula ay tinatawag na isang macromolecule. Ang kabuuan ng mga masa ng lahat ng mga atomo na bumubuo sa isang molekula ay itinuturing na molekular na masa. Batay sa timbang ng molekular, ang lahat ng mga sangkap ay karaniwang nahahati sa mababa at mataas na molekular.

1.2 Mga pamamaraan para sa pagsukat ng diameter ng mga molekula

Sa molecular physics, ang pangunahing "mga aktor" ay mga molekula, ang hindi maisip na maliliit na particle na bumubuo sa lahat ng mga sangkap sa mundo. Malinaw na upang pag-aralan ang maraming phenomena, mahalagang malaman kung ano ang mga molekula ng mga ito. Sa partikular, ano ang kanilang mga sukat.

Kapag pinag-uusapan ng mga tao ang tungkol sa mga molekula, kadalasang iniisip ang mga ito bilang maliliit, nababanat, matigas na bola. Samakatuwid, ang pag-alam sa laki ng mga molekula ay nangangahulugan ng pag-alam sa kanilang radius.

Sa kabila ng liit ng mga sukat ng molekular, ang mga physicist ay nakagawa ng maraming paraan upang matukoy ang mga ito. Ang Physics 7 ay nagsasalita tungkol sa dalawa sa kanila. Sinasamantala ng isa ang pag-aari ng ilan (napakakaunting) likido upang kumalat sa anyo ng isang pelikula na may kapal na isang molekula. Sa isa pa, ang laki ng butil ay tinutukoy gamit ang isang kumplikadong aparato - isang ion projector.

Ang istraktura ng mga molekula ay pinag-aaralan ng iba't ibang mga eksperimentong pamamaraan. Ang electron diffraction, neutron diffraction at x-ray structural analysis ay nagbibigay ng direktang impormasyon tungkol sa istruktura ng mga molekula. Ang electron diffraction, isang paraan na nag-aaral ng scattering ng mga electron sa pamamagitan ng isang sinag ng mga molekula sa gas phase, ay nagpapahintulot sa isa na kalkulahin ang mga geometric na parameter ng pagsasaayos para sa mga nakahiwalay na medyo simpleng molekula. Ang diffraction ng neutron at pagsusuri ng istruktura ng X-ray ay limitado sa pagsusuri ng istruktura ng mga molekula o mga indibidwal na nakaayos na mga fragment sa condensed phase. Bilang karagdagan sa impormasyon sa itaas, ginagawang posible ng mga pag-aaral ng X-ray na makakuha ng dami ng data sa spatial na pamamahagi ng density ng elektron sa mga molekula.

Ang mga pamamaraan ng spectroscopic ay batay sa sariling katangian ng spectra ng mga kemikal na compound, na tinutukoy ng hanay ng mga estado at kaukulang mga antas ng enerhiya na katangian ng bawat molekula. Ang mga pamamaraan na ito ay nagbibigay-daan para sa qualitative at quantitative spectral analysis ng mga substance.

Ang pagsipsip o paglabas ng spectra sa rehiyon ng microwave ng spectrum ay ginagawang posible na pag-aralan ang mga paglipat sa pagitan ng mga estado ng pag-ikot, matukoy ang mga sandali ng pagkawalang-galaw ng mga molekula, at sa kanilang batayan - mga haba ng bono, mga anggulo ng bono at iba pang mga geometric na parameter ng mga molekula. Ang infrared spectroscopy, bilang panuntunan, ay nag-aaral ng mga transition sa pagitan ng vibrational-rotational states at malawakang ginagamit para sa spectral at analytical na layunin, dahil maraming vibrational frequency ng ilang mga structural fragment ng mga molekula ang katangian at bahagyang nagbabago kapag lumilipat mula sa isang molekula patungo sa isa pa. Kasabay nito, ginagawang posible ng infrared spectroscopy na hatulan ang equilibrium geometric configuration. Ang spectra ng mga molecule sa optical at ultraviolet frequency ranges ay pangunahing nauugnay sa mga transition sa pagitan ng electronic states. Ang resulta ng kanilang pananaliksik ay ang data sa mga tampok ng mga potensyal na ibabaw para sa iba't ibang mga estado at ang mga halaga ng mga molecular constants na tumutukoy sa mga potensyal na ibabaw na ito, pati na rin ang mga tagal ng buhay ng mga molekula sa mga nasasabik na estado at ang mga posibilidad ng mga paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa.

Ang natatanging impormasyon tungkol sa mga detalye ng elektronikong istraktura ng mga molekula ay ibinibigay ng photo- at X-ray photoelectron spectra, pati na rin ang Auger spectra, na ginagawang posible upang suriin ang uri ng simetrya ng mga molecular orbitals at ang mga tampok ng pamamahagi ng density ng elektron. . Ang laser spectroscopy (sa iba't ibang mga saklaw ng dalas), na nailalarawan sa pamamagitan ng napakataas na pagpili ng paggulo, ay nagbukas ng malawak na mga posibilidad para sa pag-aaral ng mga indibidwal na estado ng mga molekula. Ang pulsed laser spectroscopy ay nagpapahintulot sa isa na suriin ang istraktura ng mga panandaliang molekula at ang kanilang mga pagbabago sa isang electromagnetic field.

Ang iba't ibang impormasyon tungkol sa istraktura at mga katangian ng mga molekula ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng kanilang pag-uugali sa mga panlabas na electric at magnetic field.

Gayunpaman, mayroong isang napakasimple, bagaman hindi ang pinakatumpak, na paraan ng pagkalkula ng radii ng mga molekula (o mga atomo). Ito ay batay sa katotohanan na ang mga molekula ng isang sangkap, kapag ito ay nasa solid o likidong estado, maaaring ituring na mahigpit na katabi ng bawat isa. Sa kasong ito, para sa isang magaspang na pagtatantya, maaari naming ipagpalagay na ang lakas ng tunog V ilang misa m ng isang sangkap ay katumbas lamang ng kabuuan ng mga volume ng mga molecule na nilalaman nito. Pagkatapos ay makuha namin ang dami ng isang molekula sa pamamagitan ng paghahati ng lakas ng tunog V bawat bilang ng mga molekula N.

Bilang ng mga molekula sa isang katawan na tumitimbang m pare-pareho, tulad ng nalalaman,

, Saan M- molar mass ng sangkap N A ang numero ni Avogadro. Kaya ang lakas ng tunog V 0 ng isang molekula ay tinutukoy mula sa pagkakapantay-pantay.

Kasama sa expression na ito ang ratio ng volume ng isang substance sa masa nito. Ang kabaligtaran ay totoo