เราวัดความยาวของโมเลกุล มวลและขนาดของโมเลกุล โมเลกุลที่มีขนาดเท่ากับโมเลกุลของน้ำ

การทดลองหลายอย่างแสดงให้เห็นว่า ขนาดโมเลกุลเล็กมาก ขนาดเชิงเส้นของโมเลกุลหรืออะตอมสามารถพบได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะได้ภาพถ่ายของโมเลกุลขนาดใหญ่บางส่วน และการใช้เครื่องฉายไอออน (กล้องจุลทรรศน์ไอออน) คุณไม่เพียงแต่สามารถศึกษาโครงสร้างของผลึกเท่านั้น แต่ยังกำหนดระยะห่างระหว่างอะตอมแต่ละอะตอมในโมเลกุลอีกด้วย

ด้วยความสำเร็จของเทคโนโลยีการทดลองสมัยใหม่ ทำให้สามารถกำหนดขนาดเชิงเส้นของอะตอมและโมเลกุลเชิงเดี่ยวซึ่งมีขนาดประมาณ 10-8 ซม. ได้ ขนาดเชิงเส้นของอะตอมและโมเลกุลเชิงซ้อนมีขนาดใหญ่กว่ามาก ตัวอย่างเช่น ขนาดของโมเลกุลโปรตีนคือ 43 * 10 -8 ซม.

ในการกำหนดลักษณะอะตอม จะใช้แนวคิดเรื่องรัศมีอะตอม ซึ่งทำให้สามารถประมาณระยะห่างระหว่างอะตอมในโมเลกุล ของเหลว หรือของแข็งได้ เนื่องจากอะตอมไม่มีขอบเขตขนาดที่ชัดเจน นั่นก็คือ รัศมีอะตอม- นี่คือทรงกลมที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจำนวนมากในอะตอม (อย่างน้อย 90...95%).

ขนาดของโมเลกุลมีขนาดเล็กมากจนสามารถจินตนาการได้โดยใช้การเปรียบเทียบเท่านั้น ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำมีขนาดเล็กกว่าแอปเปิ้ลลูกใหญ่หลายเท่าเมื่อแอปเปิ้ลมีขนาดเล็กกว่าลูกโลก

โมลของสาร

มวลของโมเลกุลและอะตอมแต่ละตัวมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นในการคำนวณ จึงสะดวกกว่าที่จะใช้ค่าสัมพัทธ์มากกว่าค่ามวลสัมบูรณ์

น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์(หรือ มวลอะตอมสัมพัทธ์) ของสาร M r คืออัตราส่วนของมวลของโมเลกุล (หรืออะตอม) ของสารที่กำหนดต่อ 1/12 ของมวลของอะตอมคาร์บอน

นาย = (ม. 0) : (ม. 0C / 12)

โดยที่ m 0 คือมวลของโมเลกุล (หรืออะตอม) ของสารที่กำหนด m 0C คือมวลของอะตอมคาร์บอน

มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ (หรืออะตอม) ของสารแสดงให้เห็นว่ามวลของโมเลกุลของสารมากกว่า 1/12 ของมวลไอโซโทปคาร์บอน C12 มีจำนวนเท่าใด มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ (อะตอม) แสดงเป็นหน่วยมวลอะตอม

หน่วยมวลอะตอม– นี่คือ 1/12 ของมวลของคาร์บอนไอโซโทป C12 การวัดที่แม่นยำพบว่าหน่วยมวลอะตอมคือ 1.660 * 10 -27 กก. นั่นคือ

1 อามู = 1.660 * 10 -27 กก

มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสารสามารถคำนวณได้โดยการบวกมวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลของสาร มวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีระบุไว้ในตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีโดย D.I. เมนเดเลเยฟ.

ในตารางธาตุ D.I. Mendeleev สำหรับแต่ละองค์ประกอบจะถูกระบุ มวลอะตอมซึ่งวัดเป็นหน่วยมวลอะตอม (amu) ตัวอย่างเช่น มวลอะตอมของแมกนีเซียมคือ 24.305 amu กล่าวคือ แมกนีเซียมหนักเป็นสองเท่าของคาร์บอน เนื่องจากมวลอะตอมของคาร์บอนคือ 12 amu (ตามมาจากข้อเท็จจริงที่ว่า 1 amu = 1/12 มวลของไอโซโทปคาร์บอน ซึ่งประกอบเป็นอะตอมคาร์บอนส่วนใหญ่)

ทำไมต้องวัดมวลโมเลกุลและอะตอมในอามูถ้ามีกรัมและกิโลกรัม? แน่นอน คุณสามารถใช้หน่วยวัดเหล่านี้ได้ แต่จะไม่สะดวกในการเขียน (ต้องใช้ตัวเลขมากเกินไปจึงจะเขียนมวลได้) หากต้องการหามวลของธาตุเป็นกิโลกรัม คุณต้องคูณมวลอะตอมของธาตุนั้นด้วย 1 อามู มวลอะตอมพบได้ตามตารางธาตุ (เขียนทางด้านขวาของชื่อตัวอักษรของธาตุ) ตัวอย่างเช่น น้ำหนักของอะตอมแมกนีเซียมเป็นกิโลกรัมจะเป็นดังนี้:

m 0Mg = 24.305 * 1 โมงเช้า = 24.305 * 1.660 * 10 -27 = 40.3463 * 10 -27 กก.

มวลของโมเลกุลสามารถคำนวณได้โดยการบวกมวลขององค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล ตัวอย่างเช่น มวลของโมเลกุลของน้ำ (H 2 O) จะเท่ากับ:

ม. 0H2O = 2 * ม. 0H + ม. 0O = 2 * 1.00794 + 15.9994 = 18.0153 น. = 29.905 * 10 -27 กก

ตุ่นเท่ากับปริมาณของสารในระบบที่มีจำนวนโมเลกุลเท่ากันกับอะตอมในคาร์บอน C 12 0.012 กิโลกรัม นั่นคือถ้าเรามีระบบที่มีสารใดๆ และในระบบนี้มีโมเลกุลของสารนี้มากเท่ากับอะตอมในคาร์บอน 0.012 กิโลกรัม เราก็บอกได้ว่าในระบบนี้เรามี สาร 1 โมล.

ค่าคงตัวของอาโวกาโดร

ปริมาณของสารν เท่ากับอัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลในร่างกายต่อจำนวนอะตอมในคาร์บอน 0.012 กิโลกรัม ซึ่งก็คือจำนวนโมเลกุลใน 1 โมลของสาร

ν = ไม่มี / ไม่มี ก

โดยที่ N คือจำนวนโมเลกุลในร่างกายที่กำหนด NA คือจำนวนโมเลกุลใน 1 โมลของสารที่ร่างกายประกอบด้วย

N A คือค่าคงที่ของ Avogadro ปริมาณของสารวัดเป็นโมล

ค่าคงตัวของอาโวกาโดรคือจำนวนโมเลกุลหรืออะตอมใน 1 โมลของสาร ค่าคงที่นี้ตั้งชื่อตามนักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี อเมเดโอ อาโวกาโดร (1776 – 1856).

สารใดๆ 1 โมลมีจำนวนอนุภาคเท่ากัน

ยังไม่มีข้อความ = 6.02 * 10 23 โมล -1

มวลกรามคือมวลของสารที่รับเข้าไปมีปริมาณ 1 โมล:

μ = ม. 0 * ไม่มี A

โดยที่ m 0 คือมวลของโมเลกุล

มวลโมลาร์แสดงเป็นกิโลกรัมต่อโมล (kg/mol = kg*mol -1)

มวลโมเลกุลสัมพันธ์กับมวลโมเลกุลสัมพัทธ์โดย:

μ = 10 -3 * M r [kg*mol -1 ]

มวลของปริมาณใด ๆ ของสาร m เท่ากับผลคูณของมวลของหนึ่งโมเลกุล m 0 ด้วยจำนวนโมเลกุล:

ม. = ม. 0 N = ม. 0 N A ν = μν

ปริมาณของสารเท่ากับอัตราส่วนของมวลของสารต่อมวลโมล:

ν = ม./ม

มวลของหนึ่งโมเลกุลของสารสามารถพบได้หากทราบมวลโมลาร์และค่าคงที่ของอาโวกาโดร:

ม. 0 = ม. / N = ม. / νN A = μ / N A

การกำหนดมวลของอะตอมและโมเลกุลที่แม่นยำยิ่งขึ้นนั้นทำได้โดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ลำแสงของอนุภาคที่มีประจุถูกแยกออกจากกันในอวกาศขึ้นอยู่กับมวลประจุโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

ตัวอย่างเช่น ลองหามวลโมลาร์ของอะตอมแมกนีเซียม ดังที่เราพบข้างต้น มวลของอะตอมแมกนีเซียมคือ m0Mg = 40.3463 * 10 -27 กก. จากนั้นมวลโมลจะเป็น:

μ = m 0Mg * N A = 40.3463 * 10 -27 * 6.02 * 10 23 = 2.4288 * 10 -2 กก./โมล

นั่นคือแมกนีเซียม 2.4288 * 10 -2 กิโลกรัม "พอดี" ในหนึ่งโมล ก็ประมาณ 24.28 กรัม.

ดังที่เราเห็น มวลโมลาร์ (เป็นกรัม) เกือบเท่ากับมวลอะตอมที่ระบุสำหรับธาตุในตารางธาตุ ดังนั้นเมื่อระบุมวลอะตอมจึงมักทำดังนี้

มวลอะตอมของแมกนีเซียมคือ 24.305 amu (กรัม/โมล)

เห็นได้ชัดว่าเราไม่สามารถวัดอนุภาคเล็กๆ ของสสารได้โดยตรง เราจะทำการทดลองโดยการคำนวณง่ายๆ เพื่อกำหนดขนาดของโมเลกุล แน่นอนว่าคุณเคยเห็นฟิล์มสีบางๆ ที่เกิดจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันดีเซล ฯลฯ) บนผิวน้ำ สีของฟิล์มบางเกิดขึ้นเนื่องจากการทับซ้อนกันของรังสีแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของฟิล์ม ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการรบกวนของแสง ด้วยเหตุผลเดียวกัน ฟองสบู่จึงแวววาวไปด้วยสีรุ้งทั้งหมด
คุณจะศึกษาปรากฏการณ์การแทรกแซงในบทเรียนฟิสิกส์ และตอนนี้เราสนใจเรื่องความหนาของฟิล์มแล้วเคยสงสัยบ้างไหมว่าฟิล์มหนาแค่ไหน? การกำหนดความหนาของฟิล์มนั้นง่ายมาก: คุณต้องแบ่งปริมาตรตามพื้นที่ผิว แม้แต่กะลาสีเรือโบราณยังสังเกตเห็นว่าหากเทน้ำมันพืชลงบนผิวน้ำ น้ำมันจะแพร่กระจายไปในจุดที่มีขนาดใหญ่มาก (ในเวลานั้นมีความคิดเห็นที่ค่อนข้างแปลกเกิดขึ้นว่าด้วยวิธีนี้เราสามารถ "สงบ" ทะเลในช่วงที่เกิดพายุได้) อาจเป็นคนแรกที่วัดพื้นที่คราบน้ำมันบนน้ำคือนักวิทยาศาสตร์และนักการทูตชาวอเมริกันที่โดดเด่น เบนจามิน แฟรงคลิน (ค.ศ. 1706-1790) ซึ่งมีภาพปรากฏบนธนบัตรร้อยดอลลาร์ สิ่งประดิษฐ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดของเขาคือสายล่อฟ้า (หรือมากกว่านั้นคือสายล่อฟ้า) ในปี พ.ศ. 2317 แฟรงคลินเดินทางไปยุโรปเพื่อแก้ไขข้อขัดแย้งระหว่างอังกฤษและสหรัฐอเมริกาอีกครั้ง ในเวลาว่างจากการเจรจา เขาได้ทดลองสร้างฟิล์มน้ำมันบนผิวน้ำ เขาต้องประหลาดใจเมื่อน้ำมันพืชหนึ่งช้อนกระจายไปทั่วพื้นผิวของบ่อขนาดเล็ก หากคุณเทน้ำมันที่ไม่ใช่พืชลงในน้ำ แต่เป็นน้ำมันเครื่องที่ไม่มีความหนืด คราบจากมันจะไม่ใหญ่นัก: หยดเดียวจะสร้างวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 ซม. พื้นที่ของฟิล์มดังกล่าวคือ ประมาณ 300 cm3 ปริมาตรของหนึ่งหยดคือประมาณ 0.03 cm3 ดังนั้นความหนาของฟิล์มคือ 0.03 cm1 / 300 cm3 = 0.0001 cm = 0.001 มม. - 1 µm หนึ่งในพันของมิลลิเมตรเป็นค่าที่น้อยมาก ไม่ใช่ว่ากล้องจุลทรรศน์ทุกตัวจะสามารถมองเห็นอนุภาคขนาดนี้ได้
แต่เรามีการรับประกันหรือไม่ว่าโมเลกุลของน้ำมันเครื่องจะกระจายไปทั่วน้ำในชั้นเดียว? ในกรณีนี้ความหนาของฟิล์มจะสอดคล้องกับขนาดของโมเลกุลเท่านั้น เราไม่มีการรับประกันดังกล่าว และนี่คือเหตุผล โมเลกุลที่ประกอบเป็นน้ำมันเครื่องเรียกว่าไม่ชอบน้ำ (แปลจากภาษากรีกว่า "ไม่ชอบน้ำ" - "กลัวน้ำ") พวกเขา "เกาะติด" กันค่อนข้างดี แต่ไม่เต็มใจกับโมเลกุลของน้ำ หากเทสารที่คล้ายกับน้ำมันเครื่องลงบนพื้นผิวของน้ำ จะทำให้เกิดฟิล์มที่ค่อนข้างหนา (ตามมาตรฐานโมเลกุล) ซึ่งประกอบด้วยชั้นโมเลกุลหลายร้อยหรือหลายพันชั้น นอกจากความจริงที่ว่าการคำนวณดังกล่าวมีความน่าสนใจในตัวเองแล้ว ยังมีความสำคัญในทางปฏิบัติอีกด้วย ตัวอย่างเช่น จนถึงทุกวันนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุของเรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่ที่ขนส่งน้ำมันเป็นระยะทางหลายพันกิโลเมตรจากสถานที่ผลิต จากอุบัติเหตุดังกล่าวทำให้มีน้ำมันจำนวนมากไหลลงสู่ทะเลซึ่งจะส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต น้ำมันมีความหนืดมากกว่าน้ำมันเครื่อง ดังนั้นชั้นฟิล์มบนผิวน้ำจึงอาจจะหนากว่าบ้าง ดังนั้นในอุบัติเหตุครั้งหนึ่ง มีน้ำมันรั่วไหลออกมา 120,000 ตัน ครอบคลุมพื้นที่ 500 ตารางกิโลเมตร จากการคำนวณอย่างง่ายแสดงให้เห็นว่าความหนาเฉลี่ยของฟิล์มดังกล่าวคือ 200 ไมครอน ความหนาของฟิล์มขึ้นอยู่กับทั้งชนิดของน้ำมันและอุณหภูมิของน้ำ: ในทะเลเย็นที่น้ำมันหนาขึ้น ฟิล์มจะหนาขึ้น ในทะเลอุ่น ที่น้ำมันมีความหนืดน้อยลง ฟิล์มจะบางลง แต่อย่างไรก็ตาม อุบัติเหตุเรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่ที่มีน้ำมันนับหมื่นตันตกลงไปในทะเลถือเป็นหายนะ ท้ายที่สุดหากน้ำมันที่หกกระจายกระจายเป็นชั้นบาง ๆ ก็จะเกิดจุดที่มีพื้นที่ขนาดมหึมาและการกำจัดฟิล์มดังกล่าวจะเป็นเรื่องยากมาก
เป็นไปได้ไหมที่จะทำให้สารกระจายตัวอยู่เหนือน้ำจนเกิดโมเลกุลเพียงชั้นเดียว (ฟิล์มดังกล่าวเรียกว่าโมเลกุลเดี่ยว) ปรากฎว่าเป็นไปได้ แต่แทนที่จะใช้น้ำมันเครื่องหรือปิโตรเลียม คุณต้องใช้สารอื่นแทน โมเลกุลของสารดังกล่าวจะต้องมีกลุ่มอะตอมที่เรียกว่ากลุ่มที่ชอบน้ำ (เช่น "ชอบน้ำ") ที่ปลายด้านหนึ่ง และกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำที่ปลายอีกด้านหนึ่ง จะเกิดอะไรขึ้นหากสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลดังกล่าวถูกวางลงบนผิวน้ำ? ส่วนที่ชอบน้ำของโมเลกุลที่พยายามละลายในน้ำจะดึงโมเลกุลลงไปในน้ำ ในขณะที่ส่วนที่ไม่ชอบน้ำซึ่ง "กลัว" น้ำ จะดื้อรั้นหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับน้ำ ผลจาก "ความเข้าใจผิดร่วมกัน" โมเลกุล (หาก "กด" เล็กน้อยจากด้านข้างโดยใช้ไม้กระดาน) จะเรียงตัวกันบนผิวน้ำดังแสดงในรูปที่ 1 3.1: ปลายที่ชอบน้ำจะจมลงไปในน้ำ และปลายที่ไม่ชอบน้ำจะยื่นออกมา
\6666666666ы/
ข้าว. 3.1. นี่คือวิธีที่โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวถูกวางตัวไว้ที่ขอบเขตของน้ำและอากาศโดยก่อตัวเป็น "คลังเก็บ Langmuir" ซึ่งตั้งชื่อตามนักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Irving Langmuir (พ.ศ. 2424-2500) ซึ่งในปี พ.ศ. 2459 ได้สร้างทฤษฎีโครงสร้างของชั้นดังกล่าวบน พื้นผิวของของเหลว
สารที่ทำงานในลักษณะนี้เรียกว่าสารลดแรงตึงผิว ซึ่งรวมถึงสบู่และผงซักฟอกอื่นๆ กรดโอเลอิกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของน้ำมันดอกทานตะวัน แอลกอฮอล์ปาล์มมิติกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของน้ำมันปาล์มและน้ำมันวาฬ การแพร่กระจายของสารดังกล่าวเหนือผิวน้ำทำให้เกิดฟิล์มบางกว่าน้ำมันเครื่องมาก ปรากฏการณ์นี้ทราบกันมานานแล้ว มีการทดลองที่คล้ายกันเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 18 แต่ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 อันเป็นผลมาจากการทดลองของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ John William Rayleigh (1842-1919) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) และนักฟิสิกส์อีกจำนวนหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ พบว่าความหนาของฟิล์มสามารถไปถึงขนาดที่เล็กจนเทียบได้กับขนาดของแต่ละโมเลกุล
ในการทดลองครั้งหนึ่ง นีล เคนซิงตัน อดัม นักเคมีชาวอังกฤษ ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลไฮโดรเจนจะอยู่ที่ประมาณ 0.2 นาโนเมตร, ไอโอดีน - 0.5 นาโนเมตร, เอทิลแอลกอฮอล์ - 0.4 นาโนเมตร; รัศมีของอลูมิเนียมไอออนคือ 0.06 นาโนเมตร, โซเดียม - 0.10 นาโนเมตร, คลอไรด์ - 0.13 นาโนเมตร, คลอรีน - 0.18 นาโนเมตร, ไอโอดีน - 0.22 นาโนเมตร แต่ในบรรดาโมเลกุลนั้นก็ยังมียักษ์ด้วย ซึ่งตามมาตรฐานโมเลกุลแล้ว มีขนาดที่ใหญ่โตทางดาราศาสตร์อย่างแท้จริง ดังนั้นในนิวเคลียสของเซลล์ของสัตว์และพืชชั้นสูงจึงมีโมเลกุลของพันธุกรรม - กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ความยาวสามารถเกิน 2,000,000 นาโนเมตร เช่น 2 มม.!
เพื่อสรุปเนื้อหาในส่วนนี้ นี่เป็นเรื่องสั้นเกี่ยวกับวิธีการอันชาญฉลาด (แม้ว่าจะไม่ใช่วิธีที่แม่นยำที่สุด) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jean Perrin ใช้ในปี 1908 ในการ "ชั่งน้ำหนัก" โมเลกุล ดังที่คุณทราบ ความหนาแน่นของอากาศจะลดลงตามความสูง ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ ลาปลาซ ได้พัฒนาสูตรที่ช่วยให้สามารถคำนวณความดันที่ระดับความสูงต่างๆ ได้ ตามสูตรนี้ ความดันบรรยากาศจะลดลงครึ่งหนึ่งทุก ๆ ความสูง 6 กม. แน่นอนว่าค่านี้ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วง รวมถึงมวลของโมเลกุลอากาศด้วย หากอากาศไม่ได้ประกอบด้วยไนโตรเจนและออกซิเจน แต่เป็นโมเลกุลไฮโดรเจนที่เบามาก (เบากว่าโมเลกุลออกซิเจน 16 เท่า) ความดันบรรยากาศจะลดลงครึ่งหนึ่งที่ระดับความสูงไม่ 6 กม. แต่ประมาณ 16 เท่า มากกว่านั้นคือประมาณ 100 กม. ในทางกลับกัน ถ้าโมเลกุลมีน้ำหนักมาก บรรยากาศก็จะถูก “กด” ลงสู่พื้นผิวโลก และความดันก็จะลดลงอย่างรวดเร็วตามความสูง
การให้เหตุผลแบบนี้ แทนที่จะใช้โมเลกุล เพอร์รินตัดสินใจใช้สีย้อมกัมมิกัตลูกบอลเล็กๆ ที่แขวนอยู่ในน้ำ เขาพยายามเตรียมสารแขวนลอย (อิมัลชัน) ด้วยลูกบอลที่มีขนาดเท่ากัน - เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 ไมครอน จากนั้นเขาก็หยดอิมัลชันไว้ใต้กล้องจุลทรรศน์ จากนั้นขยับสกรูของกล้องจุลทรรศน์ในแนวตั้ง เพื่อนับจำนวนหมากฝรั่งที่ระดับความสูงต่างๆ ปรากฎว่าสูตรของลาปลาซใช้ได้กับอิมัลชันค่อนข้างมาก โดยทุกๆ 6 µm ที่เพิ่มขึ้น จำนวนลูกบอลในขอบเขตการมองเห็นจะลดลงครึ่งหนึ่ง เนื่องจากระยะทาง 6 กม. มีขนาดใหญ่กว่า 6 ไมครอนถึงพันล้านเท่า เพอร์รินจึงสรุปว่าโมเลกุลของออกซิเจนและไนโตรเจนนั้นเบากว่ากัมบอลเป็นจำนวนเท่ากัน (และสามารถกำหนดมวลของพวกมันได้จากการทดลองแล้ว)

โมเลกุลมีหลายขนาดและรูปร่าง เพื่อความชัดเจน เราจะพรรณนาถึงโมเลกุลในรูปของลูกบอล โดยจินตนาการว่ามันถูกปกคลุมไปด้วยพื้นผิวทรงกลม ซึ่งภายในนั้นมีเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมของมัน (รูปที่ 4, a) ตามแนวคิดสมัยใหม่ โมเลกุลไม่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนดทางเรขาคณิต ดังนั้นจึงตกลงที่จะใช้เส้นผ่านศูนย์กลาง d ของโมเลกุลเป็นระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของโมเลกุลทั้งสอง (รูปที่ 4, b) ซึ่งอยู่ใกล้มากจนแรงดึงดูดระหว่างพวกมันสมดุลด้วยแรงผลักกัน

จากรายวิชาเคมีทราบว่าสารใด ๆ หนึ่งกิโลกรัม-โมเลกุล (กิโลโมล) โดยไม่คำนึงถึงสถานะการรวมตัวนั้นมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน เรียกว่า เลขอาโวกาโดร กล่าวคือ NA = 6.02*10 26 โมเลกุล

ทีนี้ลองประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล เช่น น้ำ โดยนำปริมาตรน้ำ 1 กิโลเมตรไปหารด้วยเลขอาโวกาโดร น้ำหนึ่งกิโลเมตรมีมวล 18 กก.สมมติว่าโมเลกุลของน้ำอยู่ใกล้กันและมีความหนาแน่น 1,000 กก./ลบ.ม.เราสามารถพูดอย่างนั้นได้ 1 กมน้ำใช้ปริมาณ วี = 0.018 ลบ.ม- น้ำหนึ่งโมเลกุลคิดเป็นปริมาตร

เมื่อนำโมเลกุลมาเป็นลูกบอลและใช้สูตรหาปริมาตรของลูกบอล เราคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณ มิฉะนั้นจะเป็นขนาดเชิงเส้นของโมเลกุลของน้ำ:

เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลทองแดง 2.25*10 -10 ม.เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลก๊าซอยู่ในลำดับเดียวกัน เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลไฮโดรเจน 2.47*10 -10 ม.คาร์บอนไดออกไซด์ - 3.32*10 -10 ม.ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 -10 ม.ที่ความยาว 1 ซมสามารถพบโมเลกุล 100 ล้านโมเลกุลในบริเวณใกล้เคียงได้

ลองประมาณมวลของโมเลกุล เช่น น้ำตาล (C 12 H 22 O 11) ในการทำเช่นนี้คุณต้องมีน้ำตาลจำนวนหนึ่งกิโลกรัม (μ = 342.31 กก./กม.)หารด้วยจำนวนอโวกาโดร เช่น จำนวนโมเลกุลใน

MKT ง่าย!

“ไม่มีอะไรดำรงอยู่ได้ ยกเว้นอะตอมและพื้นที่ว่าง...” - เดโมคริตุส
“ร่างกายใดๆ สามารถแบ่งแยกได้ไม่จำกัด” - อริสโตเติล

หลักการพื้นฐานของทฤษฎีจลน์ศาสตร์โมเลกุล (MKT)

วัตถุประสงค์ของไอซีที- นี่คือคำอธิบายเกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของวัตถุขนาดมหภาคต่างๆ และปรากฏการณ์ทางความร้อนที่เกิดขึ้นในตัวพวกมัน โดยการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของอนุภาคที่ประกอบเป็นวัตถุ.
ร่างกายมหภาค- สิ่งเหล่านี้เป็นวัตถุขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก
ปรากฏการณ์ทางความร้อน- ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและความเย็นของร่างกาย

แถลงการณ์หลักของ ICT

1. สสารประกอบด้วยอนุภาค (โมเลกุลและอะตอม)
2. มีช่องว่างระหว่างอนุภาค
3. อนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มและต่อเนื่อง
4. อนุภาคมีปฏิกิริยาต่อกัน (ดึงดูดและผลักกัน)

การยืนยัน MKT:

1. การทดลอง
- การบดอัดเชิงกลของสาร การละลายสารในน้ำ การอัดและการขยายตัวของก๊าซ การระเหย; การเสียรูปของร่างกาย การแพร่กระจาย; การทดลองของบริกแมน: น้ำมันถูกเทลงในภาชนะ โดยมีลูกสูบกดทับน้ำมัน ที่ความดัน 10,000 เอทีเอ็ม น้ำมันเริ่มซึมผ่านผนังของภาชนะเหล็ก

การแพร่กระจาย; การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาคในของเหลวภายใต้ผลกระทบของโมเลกุล

การอัดของแข็งและของเหลวไม่ดี ความพยายามที่สำคัญในการทำลายของแข็ง การรวมตัวของหยดของเหลว

2. โดยตรง
- การถ่ายภาพ การกำหนดขนาดอนุภาค

การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน

การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคแขวนลอยในของเหลว (หรือก๊าซ)

การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนได้กลายเป็นหลักฐานของการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและวุ่นวาย (ความร้อน) ของโมเลกุลของสสาร
- ค้นพบโดยนักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ อาร์. บราวน์ ในปี พ.ศ. 2370
- คำอธิบายทางทฤษฎีตาม MCT ให้โดย A. Einstein ในปี 1905
- ยืนยันการทดลองโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส J. Perrin

มวลและขนาดของโมเลกุล

ขนาดอนุภาค

เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมใดๆ อยู่ที่ประมาณ ซม.

จำนวนโมเลกุลในสาร

โดยที่ V คือปริมาตรของสาร Vo คือปริมาตรของหนึ่งโมเลกุล

มวลของหนึ่งโมเลกุล

โดยที่ m คือมวลของสาร
N - จำนวนโมเลกุลในสาร

หน่วยมวล SI: [m]= 1 กก

ในฟิสิกส์อะตอม มวลมักจะวัดเป็นหน่วยมวลอะตอม (amu)
ตามอัตภาพจะถือเป็น 1 อามู -

น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร

เพื่อความสะดวกในการคำนวณจะมีการแนะนำปริมาณ - มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร
มวลของโมเลกุลของสารใดๆ สามารถเทียบได้กับ 1/12 ของมวลของโมเลกุลคาร์บอน

โดยที่ตัวเศษคือมวลของโมเลกุลและตัวส่วนคือ 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอน

นี่เป็นปริมาณไร้มิติเช่น ไม่มีหน่วยวัด

มวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมี

โดยที่ตัวเศษคือมวลของอะตอมและตัวส่วนคือ 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอน

ปริมาณไม่มีมิติเช่น ไม่มีหน่วยวัด

มวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดแสดงไว้ในตารางธาตุ

อีกวิธีหนึ่งในการหามวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร

มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสารเท่ากับผลรวมของมวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบเป็นโมเลกุลของสาร
เรานำมวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ จากตารางธาตุ!)

ปริมาณของสาร

ปริมาณของสาร (ν) กำหนดจำนวนสัมพัทธ์ของโมเลกุลในร่างกาย

โดยที่ N คือจำนวนโมเลกุลในร่างกาย และ Na คือค่าคงที่ของ Avogadro

หน่วยวัดปริมาณของสารในระบบ SI: [ν]= 1 โมล

1 โมล- คือปริมาณของสารที่มีโมเลกุล (หรืออะตอม) มากเท่ากับอะตอมที่มีอยู่ในคาร์บอนซึ่งมีน้ำหนัก 0.012 กิโลกรัม

จดจำ!
สารใดๆ 1 โมลมีจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลเท่ากัน!

แต่!
สารชนิดเดียวกันมีมวลต่างกันสำหรับสารต่างกัน!

ค่าคงตัวของอาโวกาโดร

จำนวนอะตอมใน 1 โมลของสารใดๆ เรียกว่า เลขอาโวกาโดร หรือ ค่าคงที่ของอาโวกาโดร:

มวลกราม

มวลโมลาร์ (M) คือมวลของสารที่ถ่ายในหนึ่งโมล หรืออย่างอื่น ก็คือมวลของสารหนึ่งโมล

มวลโมเลกุล
- ค่าคงที่ของอาโวกาโดร

หน่วยของมวลโมล: [M]=1 กิโลกรัม/โมล

สูตรการแก้ปัญหา

สูตรเหล่านี้ได้มาจากการแทนที่สูตรข้างต้น

มวลของสารจำนวนเท่าใดก็ได้

>>ฟิสิกส์: หลักการพื้นฐานของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุล ขนาดโมเลกุล

โมเลกุลมีขนาดเล็กมาก แต่ลองดูว่ามันง่ายแค่ไหนในการประมาณขนาดและมวลของมัน การสังเกตเพียงครั้งเดียวและการคำนวณง่ายๆ สองสามอย่างก็เพียงพอแล้ว จริงอยู่ที่เรายังต้องหาวิธีการทำเช่นนี้
ทฤษฎีจลน์ศาสตร์เชิงโมเลกุลของโครงสร้างของสสารนั้นมีพื้นฐานมาจากสามประโยค: สสารประกอบด้วยอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่แบบสุ่ม อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน- แต่ละข้อความได้รับการพิสูจน์อย่างเคร่งครัดผ่านการทดลอง
คุณสมบัติและพฤติกรรมของวัตถุทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น ตั้งแต่ซิลิเอตไปจนถึงดวงดาวนั้นถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน: โมเลกุล อะตอม หรือแม้แต่การก่อตัวที่เล็กกว่า - อนุภาคมูลฐาน
การประมาณขนาดโมเลกุลเพื่อให้แน่ใจถึงการมีอยู่ของโมเลกุลโดยสมบูรณ์ จะต้องกำหนดขนาดของมัน
วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเช่นนี้คือการดูหยดน้ำมัน เช่น น้ำมันมะกอก กระจายไปทั่วผิวน้ำ น้ำมันจะไม่ครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดหากภาชนะมีขนาดใหญ่ ( รูปที่ 8.1- เป็นไปไม่ได้ที่จะบังคับให้หยดที่มีปริมาตร 1 มม. 3 กระจายออกไปเพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่ผิวมากกว่า 0.6 ม. 2 สันนิษฐานได้ว่าเมื่อน้ำมันกระจายไปทั่วพื้นที่สูงสุด จะทำให้เกิดชั้นที่มีความหนาเพียงโมเลกุลเดียวเท่านั้น ซึ่งก็คือ "ชั้นโมเลกุลเดี่ยว" ความหนาของชั้นนี้ง่ายต่อการระบุ และด้วยเหตุนี้จึงประมาณขนาดของโมเลกุลน้ำมันมะกอก

ปริมาณ วีชั้นน้ำมันมีค่าเท่ากับผลคูณของพื้นที่ผิว สตามความหนา งชั้นคือ วี=ซด- ดังนั้น ขนาดของโมเลกุลน้ำมันมะกอกคือ:

ไม่จำเป็นต้องแสดงรายการวิธีที่เป็นไปได้ทั้งหมดในการพิสูจน์การมีอยู่ของอะตอมและโมเลกุลอีกต่อไป เครื่องมือสมัยใหม่ทำให้สามารถเห็นภาพอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัวได้ รูปที่ 8.2 แสดงไมโครกราฟของพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอน โดยที่ส่วนนูนนั้นเป็นอะตอมของซิลิคอนแต่ละตัว ภาพดังกล่าวได้รับการเรียนรู้ครั้งแรกในปี 1981 โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ที่ซับซ้อนไม่ธรรมดา แต่ใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ที่ซับซ้อน

ขนาดของโมเลกุลรวมทั้งน้ำมันมะกอกนั้นใหญ่กว่าขนาดของอะตอมด้วย เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมใดๆ ก็ตามจะอยู่ที่ประมาณ 10 -8 ซม. มิติเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนยากที่จะจินตนาการได้ ในกรณีเช่นนี้ พวกเขาหันไปใช้การเปรียบเทียบ
นี่คือหนึ่งในนั้น หากคุณกำนิ้วของคุณเป็นกำปั้นและขยายให้มีขนาดเท่าลูกโลก อะตอมที่กำลังขยายเท่ากันก็จะกลายเป็นขนาดเท่ากำปั้น
จำนวนโมเลกุลด้วยขนาดโมเลกุลที่เล็กมาก จำนวนของมันในร่างกายขนาดมหภาคจึงมีมหาศาล ลองคำนวณจำนวนโมเลกุลโดยประมาณในน้ำหนึ่งหยดโดยมีมวล 1 กรัมและด้วยเหตุนี้จึงมีปริมาตร 1 ซม. 3
เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลของน้ำอยู่ที่ประมาณ 3 10 -8 ซม. เมื่อพิจารณาว่าเมื่อโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลถูกอัดแน่นจะมีปริมาตร (3 10 -8 ซม.) 3 คุณจะพบจำนวนโมเลกุลในหยดหนึ่ง หารปริมาตรของหยด (1 ซม. 3) ด้วยปริมาตรต่อโมเลกุล:

ในการหายใจแต่ละครั้ง คุณจะจับโมเลกุลได้มากมาย ซึ่งหากทั้งหมดมีการกระจายเท่าๆ กันในชั้นบรรยากาศของโลกหลังการหายใจออก ประชากรโลกทุกคนจะได้รับโมเลกุลสองหรือสามโมเลกุลที่อยู่ในปอดของคุณเมื่อหายใจเข้า
ขนาดอะตอมมีขนาดเล็ก: .
บทบัญญัติหลักสามข้อของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุลจะมีการหารือซ้ำแล้วซ้ำอีก

???
1. ต้องมีการวัดอะไรบ้างเพื่อประมาณขนาดของโมเลกุลน้ำมันมะกอก
2. หากอะตอมเพิ่มขึ้นจนมีขนาดเท่ากับเมล็ดฝิ่น (0.1 มม.) เมล็ดพืชจะมีขนาดเท่าใดเมื่อเพิ่มขึ้นเท่ากัน
3. เขียนหลักฐานที่คุณทราบเกี่ยวกับการมีอยู่ของโมเลกุลที่ไม่ได้กล่าวถึงในข้อความ

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป การฝึกอบรม กรณีศึกษา ภารกิจ การบ้าน การอภิปราย คำถาม คำถามวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนการอัปเดตส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน การแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบแผนปฏิทินสำหรับปี บทเรียนบูรณาการ

หากคุณมีการแก้ไขหรือข้อเสนอแนะสำหรับบทเรียนนี้