Ещё со школы мы знаем – все вокруг нас состоит из молекул, мельчайших частиц, что беспрестанно взаимодействуют между собой. Давайте обновим наши знания и вспомним, почему камень трудно сжать в руках, а вода может склеить разорвавшийся лист дерева.
Как взаимодействуют между собой молекулы – взаимное притяжение молекул
Все вокруг нас: жидкие и твёрдые предметы, газообразные вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, которые непрерывно и постоянно двигаются между собой. Основной причиной того, что предметы не рассыпаются на молекулы, является их притяжение друг к другу. Наука доказала, что взаимное притяжение действует всегда. Каждая молекула притягивается к другой и к ним тянутся все остальные.
- Твёрдые тела остаются в своей форме, а жидкости не распадаются на капли за счёт межмолекулярного соединения. Такое притяжение мы не увидим глазами, оно слишком мало. Действует эта сила на сверхмалых расстояниях, таких как размеры самих частиц.
- Разбив тарелку и пытаясь соединить два куска вместе она не восстановится. Пытаясь приблизить части разбитой тарелки мы приближаем только малую часть молекул, из которых она состоит. Большая часть частиц остаётся на довольно большом расстоянии, недостаточном для вступления в силу действия притяжения молекул. Однако смочив разорванный лист с дерева водой, он слипнется. Мы создадим достаточное межмолекулярного притяжение молекул воды к молекулам листика для того, чтобы склеить разорванный лист.
- В природе сила притяжения молекул просматривается в намокании твёрдых тел. Возьмем кусок стекла и горизонтально его соприкоснём с поверхность воды. При поднятии вверх от воды нам придется применить небольшое усилие, чтобы «оторвать» стекло от поверхности. Нижняя часть, которая соприкасалась с водой, после поднятия стекла будет мокрой. Это означает, что при отрыве стекла от поверхности воды мы преодолеваем силу притяжения молекул воды между собой. Сам разрыв происходил не между молекулами стекла, а между молекулами воды. Тем самым мы убеждаемся, что притяжение между молекулами разных веществ не одинаково. У одних предметов притяжение частиц больше и их труднее разломать или растянуть, а у других – слабее.
- Лист бумаги проще порвать, преодолев притяжение молекул, чем лист железа. В приведённом примере молекулы воды притягиваются сильнее, чем молекулы стекла. Однако вода не смачивается жирными веществами. Например, опустив кусок парафина в воду мы вытащим его сухим. Это докажет что притяжение молекул парафина сильнее притяжения молекул воды.
Как взаимодействуют между собой молекулы – отталкивание молекул
Молекулы притягиваются друг к другу, но не слипаются вместе. Между крохотными частицами есть промежутки. Если молекулы сжать слишком близко, то они оттолкнутся друг от друга. Межмолекулярное отталкивание вступает в силу, когда расстояние между молекулами становится меньше размера самих частиц и стремится к нулю. Наглядно силу отталкивания демонстрирует губка, которая после сжатия в руке восстанавливает свою первоначальную форму. При сжатии губки мы усилием сжимаем её молекулы на очень близкое расстояние, меньшее чем размеры молекул, когда и возникает сила взаимного отталкивания всех молекул.
Молекулы, взаимодействуют между собой путём взаимного притяжение и отталкивания. Эти процессы зависят от расстояния, на котором находятся молекулы друг от друга: если межмолекулярного расстояние больше размера самих частиц – они притягиваются, если меньше – отталкиваются. Действие притяжения и отталкивания молекул также зависит от рода вещества. Твёрдые тела имеют более сильное притяжение, чем молекулы жидких веществ и более слабое отталкивание. Монету не сжать в руке, а молекулы газообразных веществ сильнее отталкиваются друг от друга, что позволяет газам не формироваться в предметы.
При хаотическом движении молекул происходят многочисленные столкновения молекул газа друг с другом.
Расстояние, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега и обозначается λ длины свободного пробега между отдельными столкновениями молекулы могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому пользуются средней длиной свободного пробегаλ 1:
λ = (λ 1 + λ 2 +…+ λz) / z.
Если z обозначает среднее число столкновений молекулы за 1 сек., то
λ = υ/z.
Броуновское движение- движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием не скомпенсированных ударов молекул вещества.
Диффузия- процесс выравнивания концентраций, обусловленный переносом вещества посредством молекулярного движения.
Масса и размер молекул.
Молекулы имеют чрезвычайно малые размеры. Простые одноатомные молекулы имеют размер порядка 10 –10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше. (1 нм = 10 -9 м). Например: диаметр молекулы воды (H 2 O) равен 0,26 нм.
В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).
Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C.Молекула углерода состоит из одного атома.
Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро N A:
Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.
Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро N A:
Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.
За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода 12 C (с массовым числом 12). Она называется атомной единицей массы (а. е. м.):
Эта величина почти совпадает с массой протона или нейтрона. Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12 C называется относительной массой.
Закон Авогадро : в равных объемах различных газов при одинаковым давлении и температуре содержится одинаковое количество молекул.
Идеальный газ.
Идеальным считается газ, удовлетворяющий следующим условиям:
· объемом всех молекул газа можно пренебречь по сравнению с объемом сосуда, в котором этот газ находится;
· время столкновения молекул друг с другом пренебрежимо мало по сравнению со временем между двумя столкновениями;
· молекулы взаимодействуют между собой только при непосредственном столкновении;
· силы притяжения между молекулами идеального газа ничтожны малы и ими можно пренебречь;
· движение молекул подчиняется закона Ньютона.
Идеальный газ оказывает давление на стенки сосуда за счет упругих ударов его молекул о стенки.
То, что молекулы взаимодействуют друг с другом, следует хотя бы из того, что существуют жидкости и твердые тела: ведь иначе они распались бы на отдельные молекулы, превратившись в газы!
Как взаимодействуют молекулы? Ответ на этот вопрос можно получить, исследуя свойства твердых тел в следующих простых опытах.
Попробуйте сжать камень - вряд ли у вас это получится. Дело в том, что в твердых телах молекулы расположены вплотную друг к другу и поэтому при сжатии молекулы как бы «упираются» одна в другую. Другими словами, когда молекулы находятся на очень близком расстоянии, они отталкиваются друг от друга.
Благодаря этому отталкиванию вы не проваливаетесь сквозь пол: молекулы, из которых состоит материал подошв, «упираются» в молекулы, из которых состоит пол. Эти силы отталкивания между молекулами схематически изображены на рис. 6.3, а.
Однако твердые тела сопротивляются не только сжатию, но и растяжению. А это означает, что при увеличении расстояния отталкивание между молекулами сменяется притяжением.
Рис. 6.3. Мы не проваливаемся сквозь пол благодаря отталкиванию молекул друг от друга (а); пытаясь разорвать нить, вы чувствуете силы притяжения между молекулами в малом сечении нити (б)
Поставим опыт
Чтобы почувствовать, насколько велики силы притяжения между молекулами, попробуйте разорвать руками капроновую нить сечением 1 мм 2 . Трудно? А ведь усилиям вашего тела противостоят силы притяжения крошечных молекул в малом сечении нити. Эти силы схематически показаны на рис. 6.3, б.
Наблюдения и опыты показывают, что притягиваются друг к другу не только молекулы одного и того же вещества, но и молекулы разных веществ.
Почему слипаются мокрые волосы?
Loading...