स्कूल के समय से, हम जानते हैं कि हमारे आस-पास की हर चीज़ में अणु, छोटे कण होते हैं जो लगातार एक दूसरे के साथ संपर्क करते हैं। आइए अपने ज्ञान को ताज़ा करें और याद रखें कि एक पत्थर को अपने हाथों में दबाना क्यों मुश्किल होता है, और पानी एक पेड़ के टूटे हुए पत्ते को एक साथ जोड़ सकता है।
अणु एक दूसरे के साथ कैसे संपर्क करते हैं - अणुओं का पारस्परिक आकर्षण
हमारे चारों ओर सब कुछ: तरल और ठोस वस्तुएं, गैसीय पदार्थ छोटे कणों से बने होते हैं - अणु जो लगातार और लगातार एक दूसरे के बीच घूमते रहते हैं। वस्तुओं के अणुओं में विघटित न होने का मुख्य कारण उनका एक-दूसरे के प्रति आकर्षण है। विज्ञान ने साबित कर दिया है कि आपसी आकर्षण हमेशा काम करता है। प्रत्येक अणु दूसरे के प्रति आकर्षित होता है और बाकी सभी उनके प्रति आकर्षित होते हैं।
- ठोस अपने रूप में रहते हैं, और तरल पदार्थ अंतर-आण्विक बंधन के कारण बूंदों में नहीं टूटते हैं। ऐसा आकर्षण हम अपनी आँखों से नहीं देख सकते, वह बहुत छोटा होता है। यह बल अति-छोटी दूरी पर कार्य करता है, जैसे कि कणों का आकार।
- एक प्लेट को तोड़ने और दो टुकड़ों को एक साथ रखने की कोशिश करने से वह दोबारा नहीं बनेगी। टूटी हुई प्लेट के हिस्सों पर ज़ूम करने की कोशिश करते हुए, हम इसे बनाने वाले अणुओं के केवल एक छोटे हिस्से पर ज़ूम करते हैं। अधिकांश कण काफी बड़ी दूरी पर रहते हैं, जो आणविक आकर्षण को प्रभावी करने के लिए अपर्याप्त है। हालाँकि, यदि आप किसी पेड़ के टूटे हुए पत्ते को पानी से गीला कर देंगे, तो वह आपस में चिपक जाएगा। हम फटी हुई पत्ती को एक साथ चिपकाने के लिए पानी के अणुओं और पत्ती के अणुओं के बीच पर्याप्त अंतर-आणविक आकर्षण पैदा करेंगे।
- प्रकृति में अणुओं का आकर्षण बल ठोस पदार्थों के भीगने में दिखाई देता है। आइए कांच का एक टुकड़ा लें और इसे क्षैतिज रूप से पानी की सतह पर स्पर्श करें। पानी से ऊपर उठते समय, हमें कांच को सतह से "फाड़ने" के लिए थोड़ा बल लगाना होगा। गिलास उठाने पर पानी के संपर्क में आया निचला हिस्सा गीला हो जाएगा। इसका मतलब यह है कि जब गिलास को पानी की सतह से उठाया जाता है, तो हम पानी के अणुओं के बीच आकर्षण बल पर काबू पा लेते हैं। विराम स्वयं कांच के अणुओं के बीच नहीं, बल्कि पानी के अणुओं के बीच हुआ। इस प्रकार, हम आश्वस्त हैं कि विभिन्न पदार्थों के अणुओं के बीच आकर्षण समान नहीं है। कुछ वस्तुओं में मजबूत कण आकर्षण होता है और उन्हें तोड़ना या खींचना अधिक कठिन होता है, जबकि अन्य में कमजोर आकर्षण होता है।
- लोहे की शीट की तुलना में अणुओं के आकर्षण पर काबू पाकर कागज की शीट को फाड़ना आसान है। उपरोक्त उदाहरण में, पानी के अणु कांच के अणुओं की तुलना में अधिक मजबूती से आकर्षित होते हैं। हालाँकि, पानी वसायुक्त पदार्थों से गीला नहीं होता है। उदाहरण के लिए, पैराफिन के एक टुकड़े को पानी में डुबाकर हम उसे सूखाकर बाहर निकाल लेंगे। इससे सिद्ध होगा कि पैराफिन अणुओं का आकर्षण पानी के अणुओं के आकर्षण से अधिक प्रबल होता है।
अणु एक दूसरे के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं - अणुओं का प्रतिकर्षण
अणु एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं, लेकिन आपस में चिपकते नहीं हैं। छोटे कणों के बीच अंतराल होते हैं। यदि अणुओं को बहुत करीब दबाया जाता है, तो वे एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे। जब अणुओं के बीच दूरी हो जाती है तो अंतरआण्विक प्रतिकर्षण बल में आता है छोटे आकार काकण स्वयं शून्य हो जाते हैं। प्रतिकारक बल को स्पंज द्वारा स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया जाता है, जो हाथ में निचोड़ने के बाद अपने मूल आकार को पुनर्स्थापित करता है। जब हम किसी स्पंज को संपीड़ित करते हैं, तो हम उसके अणुओं को बहुत करीब, अणुओं के आकार से छोटी दूरी पर, बलपूर्वक संपीड़ित करते हैं, जब सभी अणुओं का पारस्परिक प्रतिकर्षण बल उत्पन्न होता है।
अणु आपसी आकर्षण और प्रतिकर्षण के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। ये प्रक्रियाएँ उस दूरी पर निर्भर करती हैं जिस पर अणु एक दूसरे से स्थित हैं: यदि अंतर-आणविक दूरी बड़ा आकारकण स्वयं - वे आकर्षित करते हैं, यदि छोटे हों - तो वे प्रतिकर्षित करते हैं। अणुओं के आकर्षण और प्रतिकर्षण का प्रभाव पदार्थ के प्रकार पर भी निर्भर करता है। ठोस पदार्थों में तरल अणुओं की तुलना में अधिक मजबूत आकर्षण और कमजोर प्रतिकर्षण होता है। सिक्के को आपके हाथ में नहीं दबाया जा सकता है, और गैसीय पदार्थों के अणु एक-दूसरे को अधिक मजबूती से प्रतिकर्षित करते हैं, जो गैसों को वस्तुओं में बनने से रोकता है।
अणुओं की अराजक गति के साथ, गैस अणुओं की एक दूसरे के साथ कई टक्करें होती हैं।
एक अणु दो क्रमिक टकरावों के बीच जो दूरी तय करता है उसे माध्य मुक्त पथ कहा जाता है और इसे λ से दर्शाया जाता है।अणुओं के अलग-अलग टकरावों के बीच औसत मुक्त पथ एक दूसरे से काफी भिन्न हो सकते हैं। इसलिए वे उपयोग करते हैं मध्यम लंबाईमुक्त पथλ 1:
λ = (λ 1 + λ 2 +…+ λz) / z.
यदि z, 1 सेकंड में किसी अणु के टकराव की औसत संख्या को दर्शाता है
λ = वी/जेड.
एक प्रकार कि गति-पदार्थ के अणुओं के असंतुलित प्रभावों के प्रभाव में तरल या गैस में निलंबित छोटे कणों की गति।
प्रसार-आणविक गति के माध्यम से किसी पदार्थ के स्थानांतरण के कारण होने वाली सांद्रता को बराबर करने की प्रक्रिया।
अणुओं का द्रव्यमान और आकार.
अणु आकार में अत्यंत छोटे होते हैं। सरल एकपरमाणुक अणुओं का आकार 10-10 मीटर के क्रम का होता है। जटिल बहुपरमाणुक अणुओं का आकार सैकड़ों और हजारों गुना बड़ा हो सकता है। (1 एनएम = 10 -9 मीटर)। उदाहरण के लिए: पानी के अणु (H 2 O) का व्यास 0.26 एनएम है।
आणविक गतिज सिद्धांत में, पदार्थ की मात्रा को कणों की संख्या के समानुपाती माना जाता है। किसी पदार्थ की मात्रा की इकाई को मोल (मोल) कहते हैं।
एक मोल पदार्थ की वह मात्रा है जिसमें उतने ही कण (अणु) होते हैं जितने 0.012 किलोग्राम कार्बन 12C में परमाणु होते हैं। एक कार्बन अणु में एक परमाणु होता है।
इस प्रकार, किसी भी पदार्थ के एक मोल में कणों (अणुओं) की संख्या समान होती है। इस संख्या को अवोगाद्रो स्थिरांक N A कहा जाता है:
एवोगैड्रो का स्थिरांक आणविक गतिज सिद्धांत में सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांकों में से एक है।
पदार्थ ν की मात्रा को पदार्थ के कणों (अणुओं) की संख्या N और एवोगैड्रो के स्थिरांक N A के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:
मोलर द्रव्यमान को किलोग्राम प्रति मोल (किलो/मोल) में व्यक्त किया जाता है। उन पदार्थों के लिए जिनके अणु एक ही परमाणु से बने होते हैं, परमाणु द्रव्यमान शब्द का प्रयोग अक्सर किया जाता है।
परमाणुओं और अणुओं के द्रव्यमान की इकाई कार्बन आइसोटोप 12 C (द्रव्यमान संख्या 12 के साथ) के एक परमाणु के द्रव्यमान का 1/12 ली जाती है। इसे परमाणु द्रव्यमान इकाई (a.m.u.) कहा जाता है:
यह मान लगभग प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के द्रव्यमान से मेल खाता है। किसी दिए गए पदार्थ के परमाणु या अणु के द्रव्यमान का कार्बन परमाणु 12C के द्रव्यमान के 1/12 के अनुपात को सापेक्ष द्रव्यमान कहा जाता है।
अवोगाद्रो का नियम: समान दबाव और तापमान पर विभिन्न गैसों के समान आयतन में अणुओं की संख्या समान होती है।
आदर्श गैस।
एक आदर्श गैस वह है जो निम्नलिखित शर्तों को पूरा करती है:
· जिस बर्तन में यह गैस स्थित है उसके आयतन की तुलना में सभी गैस अणुओं के आयतन की उपेक्षा की जा सकती है;
· अणुओं के एक दूसरे से टकराने का समय दो टकरावों के बीच के समय की तुलना में नगण्य है;
· अणु केवल सीधी टक्कर में ही एक दूसरे से संपर्क करते हैं;
· एक आदर्श गैस के अणुओं के बीच आकर्षण बल नगण्य होते हैं और इन्हें उपेक्षित किया जा सकता है;
· अणुओं की गति न्यूटन के नियम का पालन करती है.
एक आदर्श गैस कंटेनर की दीवारों पर अपने अणुओं के लोचदार प्रभावों के कारण दबाव डालती है।
तथ्य यह है कि अणु एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, कम से कम इस तथ्य से पता चलता है कि तरल और ठोस पदार्थ मौजूद हैं: अन्यथा वे अलग-अलग अणुओं में टूट जाएंगे, गैस में बदल जाएंगे!
अणु कैसे परस्पर क्रिया करते हैं? इस प्रश्न का उत्तर निम्नलिखित सरल प्रयोगों में ठोसों के गुणों का अध्ययन करके प्राप्त किया जा सकता है।
पत्थर को निचोड़ने का प्रयास करें - यह संभावना नहीं है कि आप सफल होंगे। तथ्य यह है कि ठोस पदार्थों में अणु एक-दूसरे के करीब स्थित होते हैं और इसलिए, संपीड़ित होने पर, अणु एक-दूसरे के खिलाफ "आराम" करते प्रतीत होते हैं। दूसरे शब्दों में, जब अणु एक-दूसरे के बहुत करीब होते हैं, तो वे एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं।
इस प्रतिकर्षण के लिए धन्यवाद, आप फर्श से नहीं गिरते: तलवों की सामग्री बनाने वाले अणु फर्श बनाने वाले अणुओं के खिलाफ "आराम" करते हैं। अणुओं के बीच इन प्रतिकारक बलों को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 6.3, ए.
हालाँकि, ठोस न केवल संपीड़न, बल्कि तनाव का भी प्रतिरोध करते हैं। इसका मतलब यह है कि जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है, अणुओं के बीच प्रतिकर्षण की जगह आकर्षण आ जाता है।
चावल। 6.3. हम एक दूसरे से अणुओं के प्रतिकर्षण के कारण फर्श से नहीं गिरते (ए); धागे को तोड़ने की कोशिश करते समय, आप धागे के एक छोटे से हिस्से में अणुओं के बीच आकर्षण बल महसूस करते हैं (बी)
चलिए अनुभव डालते हैं
यह महसूस करने के लिए कि अणुओं के बीच आकर्षक बल कितने मजबूत हैं, अपने हाथों से 1 मिमी 2 के क्रॉस-सेक्शन वाले नायलॉन के धागे को फाड़ने का प्रयास करें। कठिन? लेकिन आपके शरीर के प्रयासों का धागे के छोटे क्रॉस-सेक्शन में छोटे अणुओं की आकर्षक शक्तियों द्वारा विरोध किया जाता है। इन बलों को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 6.3, बी.
अवलोकनों और प्रयोगों से पता चलता है कि न केवल एक ही पदार्थ के अणु एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं, बल्कि विभिन्न पदार्थों के अणु भी एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं।
वे एक साथ क्यों रहते हैं? गीले बाल?
>> अणुओं की परस्पर क्रिया (ग्रेड 7)
- चारों ओर देखें और आपको कई भौतिक शरीर दिखाई देंगे। यह आपका पड़ोसी है जिसके साथ आप डेस्क पर बैठते हैं और डेस्क भी। यह वह कुर्सी है जिस पर आप बैठते हैं, और वह कलम जिससे आप लिखते हैं, आदि। ये सभी पिंड, जैसा कि आप पहले से ही जानते हैं, अंतराल से अलग किए गए कणों से बने होते हैं जो लगातार चलते रहते हैं। तो फिर भौतिक शरीर बनाने वाले कण सभी दिशाओं में क्यों नहीं बिखरते? इसके अलावा, शरीर न केवल अलग-अलग अणुओं में टूटते हैं - इसके विपरीत, उन्हें खींचने, तोड़ने, फाड़ने के लिए, आपको बल लगाने की आवश्यकता होती है। आइए जानने की कोशिश करें कि ऐसा क्यों है।
चावल। 2.19. पानी की एक लटकती हुई बूंद अणुओं के बीच आकर्षण बल द्वारा गिरने से बचाई जाती है। बूंद बहुत भारी पड़ती है
1. अणुओं की परस्पर क्रिया की पुष्टि करें
हमारे आस-पास के सभी पिंड अलग-अलग अणुओं में विभाजित नहीं होने का कारण स्पष्ट है: अणु एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। प्रत्येक अणु पड़ोसी अणुओं की ओर आकर्षित होता है, और वे, बदले में, उसकी ओर आकर्षित होते हैं। अंतर-आणविक आकर्षण के कारण ही ठोस अपना आकार बनाए रखते हैं, तरल बूंदों में एकत्रित हो जाता है (चित्र 2.19), चिपकने वाला टेप कागज से चिपक जाता है, स्याही शीट पर निशान छोड़ देती है, कटों द्वारा एक-दूसरे के खिलाफ दबाए गए सीसे के सिलेंडर मजबूती से पकड़ में आ जाते हैं (चित्र 2.19), .2.20).
विज्ञान ने यह स्थापित कर दिया है कि अणुओं के बीच आकर्षण सदैव सक्रिय रहता है। फिर टूटे हुए प्याले के टुकड़ों को आपस में दबाने पर वह पूरा क्यों नहीं बन जाता? टूटी हुई पेंसिल के हिस्सों को हम कितनी भी जोर से एक-दूसरे से दबाएँ, वे भी मिलकर पूरी पेंसिल नहीं बन पाएँगे।
तथ्य यह है कि अणुओं के बीच का आकर्षण बहुत कम दूरी पर ही ध्यान देने योग्य हो जाता है (जैसे कि इसकी तुलना स्वयं कणों के आकार से की जा सकती है)। एक कप के टुकड़े या टूटी हुई पेंसिल के हिस्सों को दबाकर, हम केवल बहुत कम संख्या में अणुओं को ऐसी दूरी के करीब लाते हैं। उनमें से अधिकांश के बीच की दूरी ऐसी रहती है कि अणु व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। अब यह स्पष्ट हो गया है कि क्यों, सीसे के सिलेंडरों को एक साथ चिपकाने के लिए, पहले खंडों को पॉलिश करना आवश्यक है, और नरम मोम या प्लास्टिसिन के टुकड़े बिना किसी पीस के आसानी से एक साथ चिपक जाएंगे।
चावल। 2.20. ताजा कटों के साथ दबाई गई सीसे की छड़ें इतनी मजबूती से चिपक जाती हैं कि वे बड़े वजन का भार भी सहन कर सकती हैं।
चावल। 2.21 अंतरआण्विक आकर्षण की स्थितियों को निर्धारित करने में अनुभव
दो सूखी चादरों को जोड़ने के लिए पर्याप्त करीब लाना असंभव है। हालाँकि, यदि आप चादरों को पानी से गीला करते हैं, तो वे आपस में चिपक जाएँगी, क्योंकि पानी के अणु कागज के अणुओं के इतने करीब आएँगे कि अंतर-आणविक आकर्षण पहले से ही चादरों को एक-दूसरे के पास रखेगा (चित्र 2.21)।
अंतर-आणविक आकर्षण भी वह कारण है जिसके कारण शरीर कुछ तरल पदार्थों से गीला होता है या गीला नहीं होता है (चित्र 2.22)।
2. अंतरआण्विक प्रतिकर्षण की पुष्टि करें
ऊपर हमने सिद्ध किया कि अणुओं के बीच आकर्षण होता है। इसे देखते हुए कई सवाल उठते हैं. गैस के अणु, अव्यवस्थित रूप से घूमते हुए और लगातार एक-दूसरे से टकराते हुए, एक बड़ी गांठ में एक साथ क्यों नहीं चिपकते? क्यों, यदि आप, उदाहरण के लिए, एक स्पंज को निचोड़ते हैं, तो क्या यह थोड़ी देर बाद अपना आकार बहाल कर लेगा?
चावल। 2.22. पानी की एक बूंद साफ कांच की सतह पर फैलती है (उसे गीला कर देती है) क्योंकि तरल के अणुओं के बीच आकर्षण तरल और कांच (ओ) के अणुओं के बीच की तुलना में अधिक होता है। पानी के अणुओं के बीच आकर्षण पानी और वसा के अणुओं के बीच आकर्षण से अधिक होता है जो जलपक्षी के पंखों को ढकते हैं, इसलिए पानी उन्हें गीला नहीं करता है (अभिव्यक्ति "बतख की पीठ से पानी" याद रखें) (बी)
तथ्य यह है कि अणु न केवल एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं, बल्कि प्रतिकर्षित भी करते हैं। यदि उनके बीच की दूरी बहुत छोटी (अणु के आकार से थोड़ी छोटी) हो जाती है, तो अंतर-आणविक प्रतिकर्षण आकर्षण से अधिक मजबूत हो जाता है। उदाहरण के लिए, एक सिक्का निचोड़ने का प्रयास करें। आप इसके आकार को उल्लेखनीय रूप से कम नहीं कर पाएंगे, क्योंकि सिक्के के अणु एक दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे। साथ ही, आप शक्तिशाली प्रेस की मदद से भी तरल की मात्रा को उल्लेखनीय रूप से कम नहीं कर पाएंगे।
यह अंतर-आण्विक आकर्षण और प्रतिकर्षण है जो तरल और ठोस पदार्थों के अणुओं को कम या ज्यादा निश्चित दूरी पर रखता है, जो लगभग अणुओं के आकार के बराबर होता है। यदि दूरी कम हो जाती है तो अणु एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करने लगते हैं और यदि दूरी बढ़ जाती है तो वे एक-दूसरे को आकर्षित करने लगते हैं, इसलिए अणुओं को पास लाने और दूर ले जाने के लिए दोनों पर बल लगाना आवश्यक होता है।
- आइए इसे संक्षेप में बताएं
अणु एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं: वे एक ही समय में आकर्षित और प्रतिकर्षित करते हैं। अंतरआण्विक अंतःक्रियादूरियों पर प्रकट होता है जिसकी तुलना स्वयं अणुओं के आयामों से की जा सकती है।
- प्रश्नों पर नियंत्रण रखें
1. ठोस और तरल पदार्थ अलग-अलग अणुओं में क्यों नहीं टूटते?
2. किन परिस्थितियों में अणुओं के बीच आकर्षण ध्यान देने योग्य हो जाता है?
3. अणुओं का प्रतिकर्षण किस स्थिति में देखा जाता है?
4. एक कप के दो टुकड़ों को एक दूसरे के खिलाफ जोर से दबाने पर भी उन्हें जोड़ना असंभव क्यों है, लेकिन प्लास्टिसिन के दो टुकड़े आसानी से एक साथ चिपक जाते हैं?
5. यह ज्ञात है कि अणुओं के बीच आकर्षण होता है। फिर, उदाहरण के लिए, वायु के अणु एक स्थान पर एकत्रित क्यों नहीं होते?
- अभ्यास
1. आप रूलर के दो टुकड़ों को कितनी भी सावधानी से जोड़ लें, वे नहीं जुड़ेंगे। इस स्थिति में अणुओं का आकर्षण प्रभावित क्यों नहीं होता?
2. रस्सी तोड़ने के लिए बल क्यों लगता है?
3. शीट ग्लास का भंडारण करते समय इसे कागज की पट्टियों के साथ किस उद्देश्य से बिछाया जाता है?
4. तरल गोंद दो निकायों के बीच एक मजबूत संबंध सुनिश्चित करता है। बताएं कि ऐसा क्यों होता है.
5. वेल्डिंग और सोल्डरिंग धातुओं की प्रक्रियाओं के बीच समानताएं और अंतर क्या हैं?
6. जलपक्षी के पंख वसा की एक पतली परत से ढके होते हैं। इससे पक्षियों को क्या लाभ होता है?
- प्रायोगिक कार्य
1. एक नरम स्प्रिंग (या पतली रबर बैंड), एक साफ धातु (या कांच) की प्लेट और पानी की एक तश्तरी का उपयोग करके प्रदर्शित करें कि पानी के अणुओं और धातु (कांच) के अणुओं के बीच आकर्षक बल मौजूद हैं।
2. कागज की शीटों, कंटेनरों का उपयोग करना वनस्पति तेलऔर पानी, ऐसे सवालों के जवाब पाएं। क्या दो चादरों को पानी से गीला करने पर वे आपस में चिपक जाएँगी? तेल? यदि एक को पानी से और दूसरे को तेल से सिक्त किया जाए तो क्या होगा? प्रयोग के परिणामों का औचित्य सिद्ध करें।
भौतिक विज्ञान। 7वीं कक्षा: पाठ्यपुस्तक / एफ. हां. बोझिनोवा, एन. एम. किरयुखिन, ई. ए. किरयुखिना। - एक्स.: पब्लिशिंग हाउस "रानोक", 2007. - 192 पी.: बीमार।
