От училище знаем, че всичко около нас се състои от молекули, малки частици, които постоянно взаимодействат помежду си. Нека опресним знанията си и си спомним защо камъкът е трудно да се стисне в ръцете ви, а водата може да залепи откъснато листо от дърво.
Как молекулите взаимодействат една с друга - взаимно привличане на молекулите
Всичко около нас: течни и твърди предмети, газообразни вещества се състои от малки частици - молекули, които непрекъснато и постоянно се движат помежду си. Основната причина, поради която обектите не се разпадат на молекули, е тяхното привличане един към друг. Науката е доказала, че взаимното привличане винаги действа. Всяка молекула е привлечена от друга и всички останали са привлечени от тях.
- Твърдите вещества остават във формата си, а течностите не се разпадат на капчици поради междумолекулно свързване. Не можем да видим такова привличане с очите си, твърде малко е. Тази сила действа на ултра малки разстояния, като размера на самите частици.
- Счупването на чиния и опитът да се съберат две части няма да я възстанови. Опитвайки се да увеличим частите на счупена плоча, ние увеличаваме само малка част от молекулите, които я изграждат. Повечето от частиците остават на доста голямо разстояние, недостатъчно, за да влезе в сила молекулярното привличане. Ако обаче намокрите откъснат лист от дърво с вода, той ще се слепи. Ще създадем достатъчно междумолекулно привличане между водните молекули и листните молекули, за да слепим откъснатото листо заедно.
- В природата силата на привличане на молекулите се вижда при омокрянето на твърдите вещества. Нека вземем парче стъкло и хоризонтално го допрем до повърхността на водата. Когато се повдигаме от водата, ще трябва да приложим малко сила, за да „откъснем“ стъклото от повърхността. Долната част, която влезе в контакт с водата, ще бъде мокра след повдигане на стъклото. Това означава, че когато стъклото се повдигне от повърхността на водата, ние преодоляваме силата на привличане между водните молекули. Самото счупване не е станало между стъклените молекули, а между водните молекули. Така се убеждаваме, че привличането между молекулите на различните вещества не е еднакво. Някои обекти имат по-силно привличане на частици и са по-трудни за счупване или разтягане, докато други имат по-слабо привличане.
- По-лесно е да разкъсате лист хартия, преодолявайки привличането на молекулите, отколкото лист желязо. В примера по-горе водните молекули се привличат по-силно от стъклените молекули. Водата обаче не се омокря от мастни вещества. Например, като потопим парче парафин във вода, ще го извадим сухо. Това ще докаже, че привличането на парафиновите молекули е по-силно от привличането на водните молекули.
Как молекулите взаимодействат една с друга - отблъскване на молекулите
Молекулите се привличат една към друга, но не се слепват. Има празнини между малките частици. Ако молекулите се притиснат твърде близо, те ще се отблъскват една друга. Междумолекулното отблъскване влиза в сила, когато разстоянието между молекулите стане по-малък размерсамите частици и клони към нула. Отблъскващата сила се демонстрира ясно от гъбата, която след стискане в ръката възстановява първоначалната си форма. Когато компресираме гъба, ние силно компресираме нейните молекули на много близко разстояние, по-малко от размера на молекулите, когато възниква сила на взаимно отблъскване на всички молекули.
Молекулите взаимодействат една с друга чрез взаимно привличане и отблъскване. Тези процеси зависят от разстоянието, на което се намират молекулите една от друга: ако междумолекулното разстояние по-голям размерсамите частици - привличат, ако са по-малки - отблъскват. Ефектът на привличане и отблъскване на молекулите също зависи от вида на веществото. Твърдите тела имат по-силно привличане от течните молекули и по-слабо отблъскване. Монетата не може да бъде стисната в ръката ви, а молекулите на газообразните вещества се отблъскват по-силно, което предотвратява образуването на газове в предмети.
При хаотичното движение на молекулите възникват множество сблъсъци на газови молекули една с друга.
Разстоянието, което една молекула изминава между два последователни сблъсъка, се нарича среден свободен път и се означава с λСредният свободен път между отделните сблъсъци на молекули може да се различава значително един от друг. Затова използват средна дължинасвободен пътλ 1:
λ = (λ 1 + λ 2 +…+ λz) / z.
Ако z означава средния брой сблъсъци на молекула за 1 секунда, тогава
λ = v/z.
Брауново движение -движението на малки частици, суспендирани в течност или газ под въздействието на некомпенсирани удари на молекулите на веществото.
дифузия-процесът на изравняване на концентрациите, причинен от преноса на вещество чрез молекулярно движение.
Маса и размер на молекулите.
Молекулите са изключително малки по размер. Простите едноатомни молекули имат размери от порядъка на 10–10 m, сложните многоатомни молекули могат да имат размери стотици и хиляди пъти по-големи. (1 nm = 10 -9 m). Например: диаметърът на водна молекула (H 2 O) е 0,26 nm.
В молекулярно-кинетичната теория количеството материя се счита за пропорционално на броя на частиците. Единицата за количество на дадено вещество се нарича мол (мол).
Един мол е количество вещество, съдържащо толкова частици (молекули), колкото има атоми в 0,012 kg въглерод 12C. Въглеродната молекула се състои от един атом.
Така един мол от всяко вещество съдържа същия брой частици (молекули). Това число се нарича константа на Авогадро N A:
Константата на Авогадро е една от най-важните константи в молекулярно-кинетичната теория.
Количеството вещество ν се определя като съотношението на броя N на частиците (молекулите) на веществото към константата на Авогадро N A:
Моларната маса се изразява в килограми на мол (kg/mol). За вещества, чиито молекули се състоят от един атом, често се използва терминът атомна маса.
Единицата маса на атомите и молекулите се приема за 1/12 от масата на атом от въглеродния изотоп 12 C (с масово число 12). Нарича се единица за атомна маса (a.m.u.):
Тази стойност почти съвпада с масата на протон или неутрон. Съотношението на масата на атом или молекула на дадено вещество към 1/12 от масата на въглероден атом 12 C се нарича относителна маса.
Закон на Авогадро: Равни обеми различни газове при едно и също налягане и температура съдържат еднакъв брой молекули.
Идеален газ.
Идеален газ е този, който отговаря на следните условия:
· обемът на всички газови молекули може да се пренебрегне спрямо обема на съда, в който се намира този газ;
· времето на сблъсък на молекулите една с друга е незначително в сравнение с времето между два сблъсъка;
· молекулите взаимодействат помежду си само при директен сблъсък;
· силите на привличане между молекулите на идеалния газ са пренебрежимо малки и могат да бъдат пренебрегнати;
· движението на молекулите се подчинява на закона на Нютон.
Идеалният газ оказва натиск върху стените на контейнера поради еластичните удари на неговите молекули върху стените.
Фактът, че молекулите взаимодействат помежду си, следва поне от факта, че съществуват течности и твърди вещества: в противен случай те биха се разпаднали на отделни молекули, превръщайки се в газове!
Как си взаимодействат молекулите? Отговорът на този въпрос може да бъде получен чрез изучаване на свойствата на твърдите тела в следните прости експерименти.
Опитайте се да стиснете камъка - малко вероятно е да успеете. Факт е, че в твърдите вещества молекулите са разположени близо една до друга и следователно, когато са компресирани, молекулите изглежда „почиват“ една в друга. С други думи, когато молекулите са много близо една до друга, те се отблъскват.
Благодарение на това отблъскване вие не падате през пода: молекулите, които изграждат материала на подметките, „почиват“ срещу молекулите, които изграждат пода. Тези сили на отблъскване между молекулите са показани схематично на фиг. 6.3, а.
Твърдите вещества обаче издържат не само на компресия, но и на напрежение. Това означава, че с увеличаване на разстоянието отблъскването между молекулите се заменя с привличане.
Ориз. 6.3. Ние не падаме през пода поради отблъскването на молекулите една от друга (а); опитвайки се да скъсате нишката, усещате силите на привличане между молекулите в малка част от нишката (b)
Да вложим опит
За да усетите колко силни са силите на привличане между молекулите, опитайте да разкъсате найлонова нишка с напречно сечение 1 mm 2 с ръцете си. Труден? Но на усилията на вашето тяло се противопоставят притегателните сили на малки молекули в малкото напречно сечение на нишката. Тези сили са показани схематично на фиг. 6.3, б.
Наблюденията и експериментите показват, че не само молекули на едно и също вещество се привличат една към друга, но и молекули на различни вещества.
Защо се държат заедно? мокра коса?
>> Взаимодействие на молекулите (7 клас)
- Огледайте се и ще видите много физически тела. Това е както вашият съсед, с когото седите на бюрото, така и самото бюро. Това е столът, на който седите, и химикалът, с който пишете, и т.н. Всички тези тела, както вече знаете, се състоят от частици, разделени от интервали, които се движат непрекъснато. Тогава защо частиците, които изграждат физическите тела, не се разпръскват във всички посоки? Освен това телата не само не се разпадат на отделни молекули - напротив, за да ги разтегнете, счупите, разкъсате, трябва да приложите сила. Нека се опитаме да разберем защо това е така.
Ориз. 2.19. Висяща капка вода не може да падне от силите на привличане между молекулите. Капката пада твърде тежка
1. Потвърдете взаимодействието на молекулите
Причината, поради която всички тела около нас не се разпадат на отделни молекули, е очевидна: молекулите се привличат една друга. Всяка молекула се привлича от съседните молекули, а те от своя страна се привличат към нея. Благодарение на междумолекулното привличане твърдите вещества запазват формата си, течността се събира на капки (фиг. 2.19), тиксо залепва върху хартията, мастилото оставя отпечатък върху листа, оловните цилиндри, притиснати един към друг от разрезите, се захващат здраво (фиг. 2.20).
Науката е установила, че привличането между молекулите действа винаги. Защо тогава счупената чаша не става цяла, след като парчетата й се притиснат една към друга? Колкото и да притискаме частите на счупения молив една към друга, те също няма да се обединят в цял молив.
Факт е, че привличането между молекулите става забележимо само на много малки разстояния (такива, които могат да се сравнят с размера на самите частици). Чрез натискане на фрагменти от чаша или части от счупен молив, ние доближаваме само много малък брой молекули до такива разстояния. Разстоянието между повечето от тях остава такова, че молекулите практически не взаимодействат. Сега става ясно защо, за да се слепят оловните цилиндри, е необходимо първо да се полират секциите, а парчета мек восък или пластилин лесно ще се слепят заедно без никакво смилане.
Ориз. 2.20. Оловни пръти, притиснати заедно с пресни разфасовки, се слепват толкова здраво, че могат да издържат тежестта на голямо тегло.
Ориз. 2.21 Опит в определянето на условията на междумолекулно привличане
Невъзможно е да доближите два сухи листа достатъчно близо, за да ги съедините. Въпреки това, ако намокрите листовете с вода, те ще се слепят, тъй като водните молекули ще се приближат толкова много до молекулите на хартията, че междумолекулното привличане вече ще държи листовете близо един до друг (фиг. 2.21).
Междумолекулното привличане също е причината, поради която тялото се намокря или не се намокря от определени течности (фиг. 2.22).
2. Потвърдете междумолекулното отблъскване
По-горе доказахме, че има привличане между молекулите. Предвид това възникват редица въпроси. Защо молекулите на газа, които се движат безредно и постоянно се сблъскват една с друга, не се слепват в една голяма буца? Защо, ако изстискате например гъба, след известно време тя ще възстанови формата си?
Ориз. 2.22. Капка вода се разпространява върху повърхността на чисто стъкло (намокрете го), защото привличането между молекулите на течността е по-голямо, отколкото между молекулите на течността и стъклото (o). Привличането между водните молекули е по-голямо, отколкото между молекулите на водата и мазнините, които покриват перата на водолюбивите птици, така че водата не ги намокря (помнете израза „вода от гърба на патица“) (b)
Факт е, че молекулите не само се привличат, но и се отблъскват. Ако разстоянието между тях стане много малко (малко по-малко от размера на молекулата), тогава междумолекулното отблъскване става по-силно от привличането. Опитайте например да изстискате монета. Няма да можете да намалите значително размера й, тъй като молекулите на монетата ще се отблъскват. Освен това няма да можете значително да намалите обема на течността дори с помощта на мощна преса.
Това е междумолекулното привличане и отблъскване, което държи молекулите на течности и твърди вещества на повече или по-малко определени разстояния, които са приблизително равни на размера на самите молекули. Ако разстоянието намалее, молекулите започват да се отблъскват, а ако разстоянието се увеличи, те започват да се привличат, следователно, както за приближаване на молекулите една към друга, така и за раздалечаването им е необходимо да се приложи сила.
- Нека обобщим
Молекулите взаимодействат една с друга: привличат и отблъскват едновременно. Междумолекулно взаимодействиесе проявява на разстояния, които могат да се сравнят с размерите на самите молекули.
- Контролни въпроси
1. Защо твърдите вещества и течностите не се разпадат на отделни молекули?
2. При какви условия привличането между молекулите става забележимо?
3. При какво условие се наблюдава отблъскване на молекулите?
4. Защо е невъзможно да се свържат два фрагмента от чаша, дори да се притиснат силно един към друг, но две парчета пластилин лесно се слепват?
5. Известно е, че има привличане между молекулите. Защо тогава молекулите, например на въздуха, не се събират на едно място?
- Упражнения
1. Колкото и внимателно да свържете две части от линийка, те няма да се свържат. Защо привличането на молекулите не е засегнато в този случай?
2. Защо е необходима сила, за да се скъса кабелът?
3. С каква цел се полага с хартиени ленти при съхранение на листово стъкло?
4. Течното лепило осигурява здрава връзка между двете тела. Обяснете защо това се случва.
5. Какви са приликите и разликите между процесите на заваряване и спояване на метали?
6. Перата на водолюбивите птици са покрити с тънък слой мазнина. Как това е от полза за птиците?
- Експериментални задачи
1. С помощта на мека пружина (или тънка гумена лента), чиста метална (или стъклена) чиния и чинийка с вода покажете, че между водните молекули и металните (стъклените) молекули съществуват сили на привличане.
2. Използване на листове хартия, контейнери с растително маслои вода, получете отговори на подобни въпроси. Ще се слепят ли два листа, ако се намокрят с вода? масло? Ами ако едното се намокри с вода, а другото с масло? Обосновете резултатите от експеримента.
Физика. 7 клас: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издателство "Ранок", 2007. - 192 с.: ил.
