Μετράμε το μήκος του μορίου. Μάζα και μέγεθος μορίων Μόριο ίδιου μεγέθους με ένα μόριο νερού

Πολλά πειράματα το δείχνουν μοριακό μέγεθοςπολύ μικρό. Το γραμμικό μέγεθος ενός μορίου ή ατόμου μπορεί να βρεθεί με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, λαμβάνονται φωτογραφίες ορισμένων μεγάλων μορίων και χρησιμοποιώντας έναν προβολέα ιόντων (μικροσκόπιο ιόντων) μπορείτε όχι μόνο να μελετήσετε τη δομή των κρυστάλλων, αλλά να προσδιορίσετε την απόσταση μεταξύ μεμονωμένων ατόμων σε ένα μόριο.

Χρησιμοποιώντας τα επιτεύγματα της σύγχρονης πειραματικής τεχνολογίας, κατέστη δυνατό να προσδιοριστούν οι γραμμικές διαστάσεις των απλών ατόμων και μορίων, οι οποίες είναι περίπου 10-8 cm. Οι γραμμικές διαστάσεις των σύνθετων ατόμων και μορίων είναι πολύ μεγαλύτερες. Για παράδειγμα, το μέγεθος ενός μορίου πρωτεΐνης είναι 43 * 10 -8 cm.

Για τον χαρακτηρισμό των ατόμων, χρησιμοποιείται η έννοια των ατομικών ακτίνων, η οποία καθιστά δυνατή την κατά προσέγγιση εκτίμηση των διατομικών αποστάσεων σε μόρια, υγρά ή στερεά, καθώς τα άτομα δεν έχουν σαφή όρια σε μέγεθος. Ήτοι ατομική ακτίνα- αυτή είναι η σφαίρα στην οποία περιέχεται το κύριο μέρος της πυκνότητας ηλεκτρονίων του ατόμου (τουλάχιστον 90...95%).

Το μέγεθος του μορίου είναι τόσο μικρό που μπορεί να φανταστεί κανείς μόνο χρησιμοποιώντας συγκρίσεις. Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού είναι τόσες φορές μικρότερο από ένα μεγάλο μήλο όσο το μήλο είναι μικρότερο από τη σφαίρα.

Μπολ ουσίας

Οι μάζες των μεμονωμένων μορίων και ατόμων είναι πολύ μικρές, επομένως στους υπολογισμούς είναι πιο βολικό να χρησιμοποιούνται σχετικές παρά απόλυτες τιμές μάζας.

Σχετικό μοριακό βάρος(ή σχετική ατομική μάζα) μιας ουσίας M r είναι ο λόγος της μάζας ενός μορίου (ή ατόμου) μιας δεδομένης ουσίας προς το 1/12 της μάζας ενός ατόμου άνθρακα.

M r = (m 0) : (m 0C / 12)

όπου m 0 είναι η μάζα ενός μορίου (ή ατόμου) μιας δεδομένης ουσίας, m 0C είναι η μάζα ενός ατόμου άνθρακα.

Η σχετική μοριακή (ή ατομική) μάζα μιας ουσίας δείχνει πόσες φορές η μάζα ενός μορίου μιας ουσίας είναι μεγαλύτερη από το 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακα C12. Η σχετική μοριακή (ατομική) μάζα εκφράζεται σε μονάδες ατομικής μάζας.

Μονάδα ατομικής μάζας– αυτό είναι το 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακα C12. Οι ακριβείς μετρήσεις έδειξαν ότι η μονάδα ατομικής μάζας είναι 1.660 * 10 -27 kg, δηλαδή

1 amu = 1.660 * 10 -27 κιλά

Η σχετική μοριακή μάζα μιας ουσίας μπορεί να υπολογιστεί προσθέτοντας τις σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων που αποτελούν το μόριο της ουσίας. Η σχετική ατομική μάζα των χημικών στοιχείων υποδεικνύεται στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων από το D.I. Μεντελέεφ.

Στο περιοδικό σύστημα Δ.Ι. Ο Mendeleev για κάθε στοιχείο υποδεικνύεται ατομική μάζα, η οποία μετριέται σε μονάδες ατομικής μάζας (amu). Για παράδειγμα, η ατομική μάζα του μαγνησίου είναι 24.305 amu, δηλαδή το μαγνήσιο είναι δύο φορές πιο βαρύ από τον άνθρακα, αφού η ατομική μάζα του άνθρακα είναι 12 amu. (αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι 1 amu = 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακα, που αποτελεί την πλειοψηφία του ατόμου άνθρακα).

Γιατί να μετρήσετε τη μάζα των μορίων και των ατόμων σε amu αν υπάρχουν γραμμάρια και κιλά; Φυσικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις μονάδες μέτρησης, αλλά θα είναι πολύ άβολο για τη γραφή (θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν πάρα πολλοί αριθμοί για να σημειωθεί η μάζα). Για να βρείτε τη μάζα ενός στοιχείου σε κιλά, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ατομική μάζα του στοιχείου επί 1 amu. Η ατομική μάζα βρίσκεται σύμφωνα με τον περιοδικό πίνακα (γραμμένο στα δεξιά του χαρακτηρισμού του γράμματος του στοιχείου). Για παράδειγμα, το βάρος ενός ατόμου μαγνησίου σε κιλά θα ήταν:

m 0Mg = 24.305 * 1 π.μ. = 24.305 * 1.660 * 10 -27 = 40.3463 * 10 -27 kg

Η μάζα ενός μορίου μπορεί να υπολογιστεί προσθέτοντας τις μάζες των στοιχείων που απαρτίζουν το μόριο. Για παράδειγμα, η μάζα ενός μορίου νερού (H 2 O) θα είναι ίση με:

m 0H2O = 2 * m 0H + m 0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 π.μ. = 29.905 * 10 -27 κιλά

Τυφλοπόντικαςίση με την ποσότητα της ουσίας σε ένα σύστημα που περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων με τα άτομα σε 0,012 kg άνθρακα C 12. Δηλαδή, αν έχουμε ένα σύστημα με οποιαδήποτε ουσία, και σε αυτό το σύστημα υπάρχουν τόσα μόρια αυτής της ουσίας όσα άτομα σε 0,012 kg άνθρακα, τότε μπορούμε να πούμε ότι σε αυτό το σύστημα έχουμε 1 mole ουσίας.

Η σταθερά του Avogadro

Ποσότητα ουσίαςν ισούται με την αναλογία του αριθμού των μορίων σε ένα δεδομένο σώμα προς τον αριθμό των ατόμων σε 0,012 kg άνθρακα, δηλαδή τον αριθμό των μορίων σε 1 mole μιας ουσίας.

ν = N / N A

όπου N είναι ο αριθμός των μορίων σε ένα δεδομένο σώμα, N A είναι ο αριθμός των μορίων σε 1 mole της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα.

Το N A είναι η σταθερά του Avogadro. Η ποσότητα μιας ουσίας μετριέται σε mol.

Η σταθερά του Avogadroείναι ο αριθμός των μορίων ή των ατόμων σε 1 mole μιας ουσίας. Αυτή η σταθερά πήρε το όνομά της από τον Ιταλό χημικό και φυσικό Amedeo Avogadro (1776 – 1856).

1 mole οποιασδήποτε ουσίας περιέχει τον ίδιο αριθμό σωματιδίων.

N A = 6,02 * 10 23 mol -1

Μοριακή μάζαείναι η μάζα μιας ουσίας που λαμβάνεται σε ποσότητα ενός mol:

μ = m 0 * N A

όπου m 0 είναι η μάζα του μορίου.

Η μοριακή μάζα εκφράζεται σε κιλά ανά mole (kg/mol = kg*mol -1).

Η μοριακή μάζα σχετίζεται με τη σχετική μοριακή μάζα από τη σχέση:

μ = 10 -3 * M r [kg*mol -1 ]

Η μάζα οποιασδήποτε ποσότητας ουσίας m είναι ίση με το γινόμενο της μάζας ενός μορίου m 0 με τον αριθμό των μορίων:

m = m 0 N = m 0 N A ν = μν

Η ποσότητα μιας ουσίας είναι ίση με την αναλογία της μάζας της ουσίας προς τη μοριακή της μάζα:

ν = m/μ

Η μάζα ενός μορίου μιας ουσίας μπορεί να βρεθεί εάν η μοριακή μάζα και η σταθερά του Avogadro είναι γνωστές:

m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Ο ακριβέστερος προσδιορισμός της μάζας των ατόμων και των μορίων επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο μάζας - μια συσκευή στην οποία μια δέσμη φορτισμένων σωματιδίων διαχωρίζεται στο διάστημα ανάλογα με τη μάζα φορτίου τους χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Για παράδειγμα, ας βρούμε τη μοριακή μάζα ενός ατόμου μαγνησίου. Όπως διαπιστώσαμε παραπάνω, η μάζα ενός ατόμου μαγνησίου είναι m0Mg = 40,3463 * 10 -27 kg. Τότε η μοριακή μάζα θα είναι:

μ = m 0Mg * N A = 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 = 2,4288 * 10 -2 kg/mol

Δηλαδή, 2,4288 * 10 -2 κιλά μαγνησίου «χωράνε» σε ένα mole. Λοιπόν, ή περίπου 24,28 γραμμάρια.

Όπως μπορούμε να δούμε, η μοριακή μάζα (σε γραμμάρια) είναι σχεδόν ίση με την ατομική μάζα που υποδεικνύεται για το στοιχείο στον περιοδικό πίνακα. Επομένως, όταν υποδεικνύουν την ατομική μάζα, συνήθως κάνουν αυτό:

Η ατομική μάζα του μαγνησίου είναι 24.305 amu. (g/mol).

Είναι σαφές ότι δεν θα μπορέσουμε να μετρήσουμε άμεσα ένα τόσο μικρό σωματίδιο ύλης. Θα πραγματοποιήσουμε ένα πείραμα από το οποίο, μέσω απλών υπολογισμών, μπορούμε να προσδιορίσουμε το μέγεθος των μορίων. Φυσικά, έχετε δει λεπτές έγχρωμες μεμβράνες που σχηματίζονται από προϊόντα πετρελαίου (λιπαντικά, καύσιμο ντίζελ κ.λπ.) στην επιφάνεια του νερού. Το χρώμα των λεπτών μεμβρανών εμφανίζεται λόγω της επικάλυψης των ακτίνων φωτός που ανακλώνται από την επάνω και την κάτω επιφάνεια του φιλμ, ένα φαινόμενο που ονομάζεται παρεμβολή φωτός. Για τον ίδιο λόγο, οι σαπουνόφουσκες λαμπυρίζουν με όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου.
Θα μελετήσετε το φαινόμενο της παρέμβασης στα μαθήματα φυσικής. Και τώρα μας ενδιαφέρει το πάχος της μεμβράνης - έχετε αναρωτηθεί ποτέ πόσο παχύ είναι; Ο προσδιορισμός του πάχους του φιλμ είναι πολύ απλός: πρέπει να διαιρέσετε τον όγκο του με την επιφάνεια. Ακόμη και οι αρχαίοι ναυτικοί παρατήρησαν ότι αν χυθεί φυτικό λάδι στην επιφάνεια του νερού, θα εξαπλωθεί σε ένα πολύ μεγάλο σημείο (εκείνη την εποχή προέκυψε μια μάλλον περίεργη άποψη ότι με αυτόν τον τρόπο μπορεί κανείς να «ηρεμήσει» τη θάλασσα κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας). Πιθανώς το πρώτο άτομο που μέτρησε την περιοχή ενός λεκέ λαδιού στο νερό ήταν ο εξαιρετικός Αμερικανός επιστήμονας και διπλωμάτης Benjamin Franklin (1706-1790), η εικόνα του οποίου εμφανίζεται στο χαρτονόμισμα των εκατό δολαρίων. Η πιο διάσημη εφεύρεσή του είναι το αλεξικέραυνο (ή μάλλον, αλεξικέραυνο). Το 1774, ο Φράνκλιν ταξίδεψε στην Ευρώπη για να επιλύσει μια άλλη σύγκρουση μεταξύ Αγγλίας και Ηνωμένων Πολιτειών. Στον ελεύθερο χρόνο του από τις διαπραγματεύσεις, πειραματιζόταν με μεμβράνες λαδιού στην επιφάνεια του νερού. Προς έκπληξή του, μια κουταλιά φυτικού ελαίου απλώθηκε σε όλη την επιφάνεια της μικρής λίμνης. Εάν ρίξετε μη φυτικό λάδι στο νερό, αλλά μη παχύρρευστο λάδι μηχανής, ο λεκές από αυτό δεν θα είναι τόσο μεγάλος: μια σταγόνα παράγει έναν κύκλο με διάμετρο περίπου 20 cm περίπου 300 cm3, ο όγκος μιας σταγόνας είναι περίπου 0,03 cm3. Επομένως, το πάχος του φιλμ είναι 0,03 cm1 / 300 cm3 = 0,0001 cm = 0,001 mm - 1 micron. Ένα χιλιοστό του χιλιοστού είναι μια πολύ μικρή τιμή δεν μπορεί κάθε μικροσκόπιο να δει ένα σωματίδιο αυτού του μεγέθους.
Έχουμε όμως εγγύηση ότι τα μόρια του λαδιού μηχανής εξαπλώνονται στο νερό σε ένα στρώμα; Εξάλλου, μόνο σε αυτή την περίπτωση το πάχος της μεμβράνης θα αντιστοιχεί στο μέγεθος των μορίων. Δεν έχουμε τέτοια εγγύηση, και να γιατί. Τα μόρια που συνθέτουν το λάδι κινητήρα ονομάζονται υδρόφοβα (μετάφραση από τα ελληνικά "υδρόφοβα" - "φοβόμαστε το νερό"). «Συγκολλούνται» αρκετά καλά μεταξύ τους, αλλά πολύ απρόθυμα με τα μόρια του νερού. Εάν μια ουσία παρόμοια με το λάδι μηχανής χυθεί στην επιφάνεια του νερού, σχηματίζει ένα μάλλον παχύ (με μοριακά πρότυπα) μεμβράνη πάνω του, που αποτελείται από εκατοντάδες ή ακόμη και χιλιάδες μοριακά στρώματα. Εκτός από το γεγονός ότι τέτοιοι υπολογισμοί είναι από μόνοι τους ενδιαφέροντες, έχουν μεγάλη πρακτική σημασία. Για παράδειγμα, μέχρι σήμερα είναι αδύνατο να αποφευχθούν ατυχήματα τεράστιων δεξαμενόπλοιων που μεταφέρουν πετρέλαιο χιλιάδες χιλιόμετρα από τον τόπο παραγωγής του. Ως αποτέλεσμα ενός τέτοιου ατυχήματος, μια τεράστια ποσότητα πετρελαίου μπορεί να χυθεί στη θάλασσα, κάτι που θα έχει επιζήμια επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Το λάδι είναι πιο παχύρρευστο από το λάδι κινητήρα, επομένως η μεμβράνη του στην επιφάνεια του νερού μπορεί να είναι κάπως πιο παχύρρευστη. Έτσι, σε ένα από τα ατυχήματα, χύθηκαν 120.000 τόνοι πετρελαίου, καλύπτοντας έκταση 500 km3. Όπως δείχνει ένας απλός υπολογισμός, το μέσο πάχος μιας τέτοιας μεμβράνης είναι 200 ​​μικρά. Το πάχος της μεμβράνης εξαρτάται τόσο από τον τύπο του λαδιού όσο και από τη θερμοκρασία του νερού: στις κρύες θάλασσες, όπου το λάδι γίνεται πιο παχύρρευστο, το φιλμ είναι παχύτερο, σε ζεστές θάλασσες, όπου το λάδι γίνεται λιγότερο παχύρρευστο, η μεμβράνη είναι πιο λεπτή. Σε κάθε περίπτωση όμως, το ατύχημα ενός μεγάλου τάνκερ, όταν δεκάδες χιλιάδες τόνοι πετρελαίου πέφτουν στη θάλασσα, είναι καταστροφή. Εξάλλου, αν όλο το χυμένο λάδι απλωθεί σε ένα λεπτό στρώμα, θα σχηματιστεί ένα σημείο τεράστιας έκτασης και είναι εξαιρετικά δύσκολο να εξαλειφθεί μια τέτοια μεμβράνη.
Είναι δυνατόν να γίνει μια ουσία απλωμένη πάνω από το νερό έτσι ώστε να σχηματίζεται μόνο ένα στρώμα μορίων (ένα τέτοιο φιλμ ονομάζεται μονομοριακό); Αποδεικνύεται ότι αυτό είναι δυνατό, αλλά αντί για λάδι μηχανής ή πετρέλαιο, πρέπει να πάρετε άλλη ουσία. Τα μόρια μιας τέτοιας ουσίας πρέπει να έχουν μια λεγόμενη υδρόφιλη (δηλαδή, «υδατοφιλική») ομάδα ατόμων στο ένα άκρο και μια υδρόφοβη ομάδα στο άλλο άκρο. Τι συμβαίνει εάν μια ουσία που αποτελείται από τέτοια μόρια τοποθετηθεί στην επιφάνεια του νερού; Το υδρόφιλο μέρος των μορίων, που προσπαθεί να διαλυθεί στο νερό, θα τραβήξει το μόριο στο νερό, ενώ το υδρόφοβο μέρος, που «φοβάται» το νερό, θα αποφύγει πεισματικά την επαφή με το νερό. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αμοιβαίας «παρεξήγησης», τα μόρια (αν είναι ελαφρώς «πιεσμένα» από το πλάι χρησιμοποιώντας μια σανίδα) θα ευθυγραμμιστούν στην επιφάνεια του νερού όπως φαίνεται στο Σχ. 3.1: τα υδρόφιλα άκρα τους βρίσκονται σε εσοχή στο νερό και τα υδρόφοβα άκρα τους προεξέχουν.
\6666666666ы/
Ρύζι. 3.1. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο τα μόρια των επιφανειοδραστικών ουσιών προσανατολίζονται στο όριο νερού-αέρα, σχηματίζοντας ένα "Langmuir stockade" - που πήρε το όνομά του από τον Αμερικανό χημικό και φυσικό Irving Langmuir (1881-1957), ο οποίος το 1916 δημιούργησε τη θεωρία της δομής τέτοιων στρωμάτων στο την επιφάνεια των υγρών
Οι ουσίες που συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται επιφανειοδραστικές ουσίες. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, σαπούνι και άλλα απορρυπαντικά. ελαϊκό οξύ, το οποίο είναι μέρος του ηλιελαίου. παλμιτική αλκοόλη, η οποία είναι μέρος του φοινικέλαιου και του ελαίου φαλαινών. Η εξάπλωση τέτοιων ουσιών στην επιφάνεια του νερού παράγει πολύ λεπτότερες μεμβράνες από το λάδι μηχανής. Αυτό το φαινόμενο ήταν γνωστό εδώ και πολύ καιρό παρόμοια πειράματα πραγματοποιήθηκαν τον 18ο αιώνα. Αλλά μόνο στα τέλη του 19ου - αρχές του 20ου αιώνα, ως αποτέλεσμα πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν από τον Άγγλο φυσικό John William Rayleigh (1842-1919), τον Γερμανό φυσικό Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) και έναν αριθμό άλλοι επιστήμονες, αποδείχθηκε ότι το πάχος της μεμβράνης μπορεί να φτάσει σε τόσο μικρά μεγέθη που είναι συγκρίσιμα με τα μεγέθη μεμονωμένων μορίων.
Σε ένα από αυτά τα πειράματα, ο Άγγλος χημικός Neil Kensington Adam Τα περισσότερα μόρια και ιόντα ουσιών που είναι γνωστά σε εμάς έχουν μεγέθη της τάξης του 1 nm. Έτσι, η διάμετρος των μορίων υδρογόνου είναι περίπου 0,2 nm, το ιώδιο - 0,5 nm, η αιθυλική αλκοόλη - 0,4 nm. η ακτίνα ιόντων αλουμινίου είναι 0,06 nm, νατρίου - 0,10 nm, χλωρίου - 0,13 nm, χλωρίου - 0,18 nm, ιωδίου - 0,22 nm. Αλλά μεταξύ των μορίων υπάρχουν και γίγαντες, τα μεγέθη των οποίων, με μοριακά πρότυπα, είναι πραγματικά αστρονομικά. Έτσι, στους πυρήνες των κυττάρων ανώτερων ζώων και φυτών υπάρχουν μόρια κληρονομικότητας - δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα (DNA). Το μήκος τους μπορεί να ξεπεράσει τα 2.000.000 nm, δηλαδή τα 2 mm!
Ολοκληρώνοντας αυτήν την ενότητα, εδώ είναι μια σύντομη ιστορία για την έξυπνη (αν και όχι την πιο ακριβή) μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε το 1908 από τον Γάλλο επιστήμονα Jean Perrin για να «ζυγίσει» τα μόρια. Όπως γνωρίζετε, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται με το ύψος. Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Γάλλος επιστήμονας Pierre Laplace ανέπτυξε έναν τύπο που επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίζει την πίεση σε διαφορετικά υψόμετρα. Σύμφωνα με αυτόν τον τύπο, η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στο μισό για κάθε 6 km ανόδου. Αυτή η τιμή εξαρτάται, φυσικά, από τη δύναμη της βαρύτητας, καθώς και από τη μάζα των μορίων του αέρα. Εάν ο αέρας δεν αποτελούνταν από άζωτο και οξυγόνο, αλλά από πολύ ελαφριά μόρια υδρογόνου (είναι 16 φορές ελαφρύτερα από τα μόρια οξυγόνου), τότε μια πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης στο μισό θα παρατηρηθεί σε υψόμετρο όχι 6 km, αλλά περίπου 16 φορές περισσότερα, δηλαδή περίπου 100 χλμ. Αντίθετα, εάν τα μόρια ήταν πολύ βαριά, η ατμόσφαιρα θα «πιεζόταν» στην επιφάνεια της Γης και η πίεση θα έπεφτε γρήγορα με το ύψος.
Συλλογισμός με αυτόν τον τρόπο. Αντί για μόρια, ο Perrin αποφάσισε να χρησιμοποιήσει μικροσκοπικές μπάλες χρωστικής gummigut αιωρούμενες στο νερό. Προσπάθησε να παρασκευάσει ένα εναιώρημα (γαλάκτωμα) με μπάλες ίδιου μεγέθους - διαμέτρου περίπου 1 μικρού. Στη συνέχεια τοποθέτησε μια σταγόνα γαλακτώματος κάτω από ένα μικροσκόπιο και, μετακινώντας τη βίδα του μικροσκοπίου κατακόρυφα, μέτρησε τον αριθμό των μπάλες τσίχλας σε διαφορετικά ύψη. Αποδείχθηκε ότι η φόρμουλα του Laplace είναι αρκετά εφαρμόσιμη στα γαλακτώματα: για κάθε αύξηση 6 μm, ο αριθμός των σφαιρών στο οπτικό πεδίο μειώθηκε στο μισό. Δεδομένου ότι τα 6 km είναι ακριβώς ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερα από 6 μικρά, ο Perrin κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα μόρια οξυγόνου και αζώτου είναι τον ίδιο αριθμό φορές ελαφρύτερα από τα ούλα (και η μάζα τους μπορεί ήδη να προσδιοριστεί πειραματικά).

Τα μόρια έρχονται σε διαφορετικά μεγέθη και σχήματα. Για λόγους σαφήνειας, θα απεικονίσουμε το μόριο σε μορφή μπάλας, φανταζόμενοι ότι καλύπτεται από μια σφαιρική επιφάνεια, μέσα στην οποία βρίσκονται τα ηλεκτρονικά κελύφη των ατόμων του (Εικ. 4, α). Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, τα μόρια δεν έχουν γεωμετρικά καθορισμένη διάμετρο. Ως εκ τούτου, συμφωνήθηκε να ληφθεί η διάμετρος d του μορίου ως η απόσταση μεταξύ των κέντρων δύο μορίων (Εικ. 4, β), τα οποία είναι τόσο κοντά που οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ τους εξισορροπούνται από τις απωστικές δυνάμεις.

Από το μάθημα της χημείας είναι γνωστό ότι ένα χιλιόγραμμο μόριο (kilomole) οποιασδήποτε ουσίας, ανεξάρτητα από την κατάσταση συσσωμάτωσης, περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων, που ονομάζεται αριθμός Avogadro, δηλαδή Ν Α = 6,02*10 26 μόρια.

Τώρα ας υπολογίσουμε τη διάμετρο ενός μορίου, για παράδειγμα του νερού. Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε τον όγκο ενός χιλιογραμμομέτρου νερού με τον αριθμό του Avogadro. Ένα χιλιογραμμάριο νερού έχει μάζα 18 κιλά.Υποθέτοντας ότι τα μόρια του νερού βρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο και την πυκνότητά του 1000 kg/m3,μπορούμε να πούμε ότι 1 kmolτο νερό καταλαμβάνει όγκο V = 0,018 m3. Ένα μόριο νερού αντιπροσωπεύει τον όγκο

Λαμβάνοντας το μόριο ως μπάλα και χρησιμοποιώντας τον τύπο για τον όγκο μιας μπάλας, υπολογίζουμε την κατά προσέγγιση διάμετρο, διαφορετικά το γραμμικό μέγεθος ενός μορίου νερού:

Διάμετρος μορίου χαλκού 2,25*10 -10 μ.Οι διάμετροι των μορίων αερίου είναι της ίδιας τάξης. Για παράδειγμα, η διάμετρος ενός μορίου υδρογόνου 2,47*10 -10 m,διοξείδιο του άνθρακα - 3,32*10 -10 μ.Αυτό σημαίνει ότι το μόριο έχει διάμετρο της τάξης του 10 -10 μ.Κατά μήκος 1 εκ 100 εκατομμύρια μόρια μπορούν να εντοπιστούν κοντά.

Ας υπολογίσουμε τη μάζα ενός μορίου, για παράδειγμα ζάχαρης (C 12 H 22 O 11). Για να το κάνετε αυτό χρειάζεστε μια μάζα χιλιομέτρων ζάχαρης (μ = 342,31 kg/kmol)διαιρούμενο με τον αριθμό του Avogadro, δηλαδή με τον αριθμό των μορίων μέσα

Το MKT είναι εύκολο!

«Τίποτα δεν υπάρχει εκτός από άτομα και κενό χώρο…» - Δημόκριτος
"Κάθε σώμα μπορεί να διαιρείται επ' αόριστον" - Αριστοτέλης

Βασικές αρχές της μοριακής κινητικής θεωρίας (MKT)

Σκοπός των ΤΠΕ- αυτή είναι μια εξήγηση της δομής και των ιδιοτήτων των διαφόρων μακροσκοπικών σωμάτων και των θερμικών φαινομένων που συμβαίνουν σε αυτά, από την κίνηση και την αλληλεπίδραση των σωματιδίων που αποτελούν τα σώματα.
Μακροσκοπικά σώματα- αυτά είναι μεγάλα σώματα που αποτελούνται από έναν τεράστιο αριθμό μορίων.
Θερμικά φαινόμενα- φαινόμενα που σχετίζονται με τη θέρμανση και την ψύξη των σωμάτων.

Κύριες δηλώσεις των ΤΠΕ

1. Η ύλη αποτελείται από σωματίδια (μόρια και άτομα).
2. Υπάρχουν κενά μεταξύ των σωματιδίων.
3. Τα σωματίδια κινούνται τυχαία και συνεχώς.
4. Τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους (έλκουν και απωθούν).

Επιβεβαίωση MKT:

1. πειραματικό
- μηχανική σύνθλιψη μιας ουσίας. διάλυση μιας ουσίας στο νερό. συμπίεση και διαστολή αερίων. εξάτμιση; παραμόρφωση σωμάτων? διάχυση; Το πείραμα του Brigman: το λάδι χύνεται σε ένα δοχείο, ένα έμβολο πιέζει πάνω από το λάδι, σε πίεση 10.000 atm, το λάδι αρχίζει να διαρρέει από τα τοιχώματα του χαλύβδινου δοχείου.

Διάχυση; Brownian κίνηση των σωματιδίων σε ένα υγρό υπό την επίδραση των μορίων.

Κακή συμπιεστότητα στερεών και υγρών. σημαντικές προσπάθειες για τη διάσπαση στερεών. συγχώνευση υγρών σταγονιδίων.

2. άμεσος
- φωτογραφία, προσδιορισμός μεγεθών σωματιδίων.

Brownian κίνηση

Η κίνηση Brown είναι η θερμική κίνηση των αιωρούμενων σωματιδίων σε ένα υγρό (ή αέριο).

Η κίνηση Brown έχει γίνει απόδειξη της συνεχούς και χαοτικής (θερμικής) κίνησης των μορίων της ύλης.
- ανακαλύφθηκε από τον Άγγλο βοτανολόγο R. Brown το 1827
- μια θεωρητική εξήγηση βασισμένη στο MCT δόθηκε από τον A. Einstein το 1905.
- επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον Γάλλο φυσικό J. Perrin.

Μάζα και μέγεθος μορίων

Μεγέθη σωματιδίων

Η διάμετρος οποιουδήποτε ατόμου είναι περίπου εκατοστά.

Αριθμός μορίων σε μια ουσία

όπου V είναι ο όγκος της ουσίας, Vo είναι ο όγκος ενός μορίου

Μάζα ενός μορίου

όπου m είναι η μάζα της ουσίας,
N - αριθμός μορίων σε μια ουσία

Μονάδα μάζας SI: [m]= 1 kg

Στην ατομική φυσική, η μάζα συνήθως μετριέται σε μονάδες ατομικής μάζας (amu).
Συμβατικά, θεωρείται ότι είναι 1 amu. :

Σχετικό μοριακό βάρος της ουσίας

Για ευκολία των υπολογισμών, εισάγεται μια ποσότητα - η σχετική μοριακή μάζα της ουσίας.
Η μάζα ενός μορίου οποιασδήποτε ουσίας μπορεί να συγκριθεί με το 1/12 της μάζας ενός μορίου άνθρακα.

όπου ο αριθμητής είναι η μάζα του μορίου και ο παρονομαστής το 1/12 της μάζας του ατόμου άνθρακα

Αυτή είναι μια αδιάστατη ποσότητα, δηλ. δεν έχει μονάδες μέτρησης

Σχετική ατομική μάζα ενός χημικού στοιχείου

όπου ο αριθμητής είναι η μάζα του ατόμου και ο παρονομαστής το 1/12 της μάζας του ατόμου άνθρακα

Η ποσότητα είναι αδιάστατη, δηλ. δεν έχει μονάδες μέτρησης

Η σχετική ατομική μάζα κάθε χημικού στοιχείου δίνεται στον περιοδικό πίνακα.

Ένας άλλος τρόπος προσδιορισμού της σχετικής μοριακής μάζας μιας ουσίας

Η σχετική μοριακή μάζα μιας ουσίας είναι ίση με το άθροισμα των σχετικών ατομικών μαζών των χημικών στοιχείων που αποτελούν το μόριο της ουσίας.
Παίρνουμε τη σχετική ατομική μάζα οποιουδήποτε χημικού στοιχείου από τον περιοδικό πίνακα!)

Ποσότητα ουσίας

Η ποσότητα της ουσίας (ν) καθορίζει τον σχετικό αριθμό μορίων στο σώμα.

όπου N είναι ο αριθμός των μορίων στο σώμα και Na είναι η σταθερά του Avogadro

Μονάδα μέτρησης της ποσότητας της ουσίας στο σύστημα SI: [ν]= 1 mol

1 τυφλοπόντικα- αυτή είναι η ποσότητα της ουσίας που περιέχει τόσα μόρια (ή άτομα) όσα άτομα άνθρακα βάρους 0,012 kg.

Θυμάμαι!
1 mole οποιασδήποτε ουσίας περιέχει τον ίδιο αριθμό ατόμων ή μορίων!

Αλλά!
Οι ίδιες ποσότητες μιας ουσίας έχουν διαφορετικές μάζες για διαφορετικές ουσίες!

Η σταθερά του Avogadro

Ο αριθμός των ατόμων σε 1 mole οποιασδήποτε ουσίας ονομάζεται αριθμός Avogadro ή σταθερά Avogadro:

Μοριακή μάζα

Μοριακή μάζα (M) είναι η μάζα μιας ουσίας που λαμβάνεται σε ένα mole, ή αλλιώς, είναι η μάζα ενός mole μιας ουσίας.

Μοριακή μάζα
- Η σταθερά του Avogadro

Μονάδα μοριακής μάζας: [M]=1 kg/mol.

Φόρμουλες για την επίλυση προβλημάτων

Αυτοί οι τύποι λαμβάνονται με υποκατάσταση των παραπάνω τύπων.

Μάζα οποιασδήποτε ποσότητας ουσίας

>>Φυσική: Βασικές αρχές μοριακής κινητικής θεωρίας. Μοριακά μεγέθη

Τα μόρια είναι πολύ μικρά, αλλά δείτε πόσο εύκολο είναι να υπολογίσετε το μέγεθος και τη μάζα τους. Αρκεί μια παρατήρηση και δυο απλοί υπολογισμοί. Είναι αλήθεια ότι πρέπει ακόμα να καταλάβουμε πώς να το κάνουμε αυτό.
Η μοριακή κινητική θεωρία της δομής της ύλης βασίζεται σε τρεις δηλώσεις: Η ύλη αποτελείται από σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια κινούνται τυχαία. τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Κάθε δήλωση αποδεικνύεται αυστηρά μέσω πειραμάτων.
Οι ιδιότητες και η συμπεριφορά όλων των σωμάτων χωρίς εξαίρεση, από τα βλεφαροειδή έως τα αστέρια, καθορίζονται από την κίνηση των σωματιδίων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους: μόρια, άτομα ή ακόμη και μικρότεροι σχηματισμοί - στοιχειώδη σωματίδια.
Εκτίμηση μοριακών μεγεθών.Για να είμαστε απόλυτα σίγουροι για την ύπαρξη μορίων, πρέπει να καθοριστούν τα μεγέθη τους.
Ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι να παρακολουθήσετε μια σταγόνα λαδιού, όπως το ελαιόλαδο, να απλώνεται στην επιφάνεια του νερού. Το λάδι δεν θα καλύψει ποτέ ολόκληρη την επιφάνεια εάν το δοχείο είναι μεγάλο ( Εικ.8.1). Είναι αδύνατο να εξαναγκάσετε ένα σταγονίδιο με όγκο 1 mm 3 να απλωθεί έτσι ώστε να καταλαμβάνει επιφάνεια μεγαλύτερη από 0,6 m 2. Μπορεί να υποτεθεί ότι όταν το λάδι απλώνεται στη μέγιστη περιοχή, σχηματίζει ένα στρώμα πάχους μόνο ενός μορίου - ένα "μονομοριακό στρώμα". Το πάχος αυτού του στρώματος είναι εύκολο να προσδιοριστεί και έτσι να εκτιμηθεί το μέγεθος του μορίου του ελαιολάδου.

Τόμος Vστρώμα λαδιού είναι ίσο με το γινόμενο της επιφάνειάς του μικρόκατά πάχος ρεστρώμα, δηλ. V=Sd. Επομένως, το μέγεθος του μορίου του ελαιολάδου είναι:

Δεν χρειάζεται να απαριθμήσουμε τώρα όλους τους πιθανούς τρόπους για να αποδείξουμε την ύπαρξη ατόμων και μορίων. Τα σύγχρονα όργανα καθιστούν δυνατή τη θέαση εικόνων μεμονωμένων ατόμων και μορίων. Το σχήμα 8.2 δείχνει μια μικρογραφία της επιφάνειας μιας γκοφρέτας πυριτίου, όπου τα εξογκώματα είναι μεμονωμένα άτομα πυριτίου. Τέτοιες εικόνες έμαθαν για πρώτη φορά να λαμβάνονται το 1981 χρησιμοποιώντας όχι συνηθισμένα οπτικά, αλλά πολύπλοκα μικροσκόπια σήραγγας.

Τα μεγέθη των μορίων, συμπεριλαμβανομένου του ελαιολάδου, είναι μεγαλύτερα από τα μεγέθη των ατόμων. Η διάμετρος οποιουδήποτε ατόμου είναι περίπου 10 -8 cm Αυτές οι διαστάσεις είναι τόσο μικρές που είναι δύσκολο να τις φανταστεί κανείς. Σε τέτοιες περιπτώσεις καταφεύγουν σε συγκρίσεις.
Εδώ είναι ένα από αυτά. Εάν σφίξετε τα δάχτυλά σας σε μια γροθιά και τη μεγεθύνετε στο μέγεθος της σφαίρας, τότε το άτομο με την ίδια μεγέθυνση θα γίνει το μέγεθος μιας γροθιάς.
Αριθμός μορίων.Με πολύ μικρά μεγέθη μορίων, ο αριθμός τους σε κάθε μακροσκοπικό σώμα είναι τεράστιος. Ας υπολογίσουμε τον κατά προσέγγιση αριθμό μορίων σε μια σταγόνα νερού με μάζα 1 g και, επομένως, όγκο 1 cm 3.
Η διάμετρος ενός μορίου νερού είναι περίπου 3 10 -8 cm Λαμβάνοντας υπόψη ότι κάθε μόριο νερού, με μια πυκνή συσκευασία μορίων, καταλαμβάνει έναν όγκο (3 10 -8 cm) 3, μπορείτε να βρείτε τον αριθμό των μορίων ανά σταγόνα. διαιρώντας τον όγκο της σταγόνας (1 cm 3) με τον όγκο, ανά μόριο:

Με κάθε εισπνοή, συλλαμβάνετε τόσα πολλά μόρια που αν όλα ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα στην ατμόσφαιρα της Γης μετά την εκπνοή, τότε κάθε κάτοικος του πλανήτη θα λάμβανε δύο ή τρία μόρια που βρίσκονταν στους πνεύμονές σας κατά την εισπνοή.
Τα μεγέθη ατόμων είναι μικρά: .
Οι τρεις κύριες διατάξεις της θεωρίας της μοριακής κινητικής θα συζητηθούν επανειλημμένα.

???
1. Ποιες μετρήσεις πρέπει να γίνουν για να εκτιμηθεί το μέγεθος του μορίου του ελαιολάδου;
2. Αν ένα άτομο αυξανόταν στο μέγεθος ενός σπόρου παπαρούνας (0,1 mm), σε ποιο μέγεθος σώματος θα έφτανε ο κόκκος με την ίδια αύξηση;
3. Καταγράψτε στοιχεία για την ύπαρξη μορίων που σας είναι γνωστά που δεν αναφέρονται στο κείμενο.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Φυσική 10η τάξη

Περιεχόμενο μαθήματος σημειώσεις μαθήματοςυποστήριξη μεθόδων επιτάχυνσης παρουσίασης μαθήματος διαδραστικές τεχνολογίες Πρακτική εργασίες και ασκήσεις αυτοδιαγνωστικά εργαστήρια, προπονήσεις, περιπτώσεις, αποστολές ερωτήσεις συζήτησης εργασιών για το σπίτι ρητορικές ερωτήσεις από μαθητές εικονογραφήσεις ήχου, βίντεο κλιπ και πολυμέσαφωτογραφίες, εικόνες, γραφικά, πίνακες, διαγράμματα, χιούμορ, ανέκδοτα, αστεία, κόμικ, παραβολές, ρήσεις, σταυρόλεξα, αποσπάσματα Πρόσθετα περιλήψειςάρθρα κόλπα για την περίεργη κούνια σχολικά βιβλία βασικά και επιπλέον λεξικό όρων άλλα Βελτίωση σχολικών βιβλίων και μαθημάτωνδιόρθωση λαθών στο σχολικό βιβλίοενημέρωση ενός τμήματος σε ένα σχολικό βιβλίο, στοιχεία καινοτομίας στο μάθημα, αντικατάσταση ξεπερασμένων γνώσεων με νέες Μόνο για δασκάλους τέλεια μαθήματαημερολογιακό σχέδιο για το έτος· μεθοδολογικές συστάσεις Ολοκληρωμένα Μαθήματα

Εάν έχετε διορθώσεις ή προτάσεις για αυτό το μάθημα,