Wenn zwei oder mehr Atome zusammenkommen chemische Bindungen miteinander entstehen Moleküle. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese Atome gleich sind oder ob sie sich sowohl in der Form als auch in der Größe völlig voneinander unterscheiden. Wir werden herausfinden, wie groß Moleküle sind und wovon sie abhängt.

Was sind Moleküle?

Seit Tausenden von Jahren beschäftigen sich Wissenschaftler mit dem Geheimnis des Lebens und damit, was genau passiert, wenn es beginnt. Den ältesten Kulturen zufolge besteht das Leben und alles auf dieser Welt aus den Grundelementen der Natur – Erde, Luft, Wind, Wasser und Feuer. Im Laufe der Zeit begannen jedoch viele Philosophen die Idee zu vertreten, dass alle Dinge aus winzigen, unteilbaren Dingen bestehen, die weder erschaffen noch zerstört werden können.

Allerdings begannen Wissenschaftler erst nach dem Aufkommen der Atomtheorie und der modernen Chemie zu postulieren, dass aus Teilchen zusammengenommen die Grundbausteine ​​aller Dinge entstehen. So erschien der Begriff im Kontext moderne Theorie Unter Teilchen versteht man die kleinsten Masseneinheiten.

Nach der klassischen Definition ist ein Molekül das kleinste Teilchen einer Substanz, das zur Aufrechterhaltung seiner chemischen und chemischen Eigenschaften beiträgt physikalische Eigenschaften. Es besteht aus zwei oder mehr Atomen oder Gruppen gleicher oder verschiedener Atome, die durch chemische Kräfte zusammengehalten werden.

Wie groß sind die Moleküle? In der 5. Klasse Naturgeschichte ( Schulfach) gibt nur Grund Ideeüber Größen und Formen; dieses Thema wird im Chemieunterricht der Oberstufe ausführlicher behandelt.

Beispiele für Moleküle

Moleküle können einfach oder komplex sein. Hier sind einige Beispiele:

• H 2 O (Wasser);
• N 2 (Stickstoff);
• O 3 (Ozon);
• CaO (Kalziumoxid);
• C 6 H 12 O 6 (Glukose).

Moleküle, die aus zwei oder mehr Elementen bestehen, werden Verbindungen genannt. Somit sind Wasser, Calciumoxid und Glucose Verbindungen. Nicht alle Verbindungen sind Moleküle, aber alle Moleküle sind Verbindungen. Wie groß dürfen sie sein? Wie groß ist das Molekül? Es ist eine bekannte Tatsache, dass fast alles um uns herum aus Atomen besteht (außer Licht und Ton). Ihr Gesamtgewicht entspricht der Masse des Moleküls.

Molekulare Masse

Wenn es um die Größe von Molekülen geht, gehen die meisten Wissenschaftler vom Molekulargewicht aus. Dies ist das Gesamtgewicht aller darin enthaltenen Atome:

• Wasser, bestehend aus zwei Wasserstoffatomen (mit jeweils einer Atommasseneinheit) und einem Sauerstoffatom (16 Atommasseneinheiten), hat ein Molekulargewicht von 18 (genauer gesagt 18,01528).
• Glukose hat ein Molekulargewicht von 180.
• DNA, die sehr lang ist, kann ein Molekulargewicht von etwa 1010 haben (das ungefähre Gewicht eines menschlichen Chromosoms).

Messung in Nanometern

Neben der Masse können wir auch messen, wie groß Moleküle in Nanometern sind. Eine Wassereinheit hat einen Durchmesser von etwa 0,27 Nm. DNA erreicht einen Durchmesser von 2 nm und kann eine Länge von mehreren Metern erreichen. Es ist schwer vorstellbar, wie solche Dimensionen in eine Zelle passen können. Das Verhältnis von Länge zu Dicke der DNA ist erstaunlich. Es beträgt 1/100.000.000, was einem menschlichen Haar von der Länge eines Fußballfeldes entspricht.

Formen und Größen

Wie groß sind die Moleküle? Sie sind verschiedene Formen und Größen. Wasser und Kohlendioxid gehören zu den kleinsten, Proteine ​​zu den größten. Moleküle sind Elemente, die aus miteinander verbundenen Atomen bestehen. Verständnis Aussehen Moleküle sind traditionell Teil der Chemie. Abgesehen davon, dass sie unfassbar seltsam sind chemisches Verhalten Eine der wichtigen Eigenschaften von Molekülen ist ihre Größe.

Wo könnte es besonders nützlich sein, zu wissen, wie groß Moleküle sind? Die Antwort auf diese und viele andere Fragen hilft im Bereich der Nanotechnologie, da sich das Konzept von Nanorobotern und intelligenten Materialien zwangsläufig mit den Auswirkungen von Molekülgrößen und -formen befasst.

Wie groß sind die Moleküle?

In der 5. Klasse gibt es nur Naturgeschichte zu diesem Thema allgemeine Informationen dass alle Moleküle aus Atomen bestehen, die sich in ständiger zufälliger Bewegung befinden. Schon in der Oberstufe sieht man in Chemielehrbüchern Strukturformeln, die der tatsächlichen Form von Molekülen ähneln. Es ist jedoch unmöglich, ihre Länge mit einem normalen Lineal zu messen. Dazu muss man wissen, dass Moleküle dreidimensionale Objekte sind. Ihr Bild auf Papier ist eine Projektion auf eine zweidimensionale Ebene. Die Länge eines Moleküls wird durch die Beziehungen zwischen den Längen seiner Winkel verändert. Es gibt drei Hauptgründe:

• Der Winkel eines Tetraeders beträgt 109°, wenn alle Bindungen dieses Atoms zu allen anderen Atomen einfach sind (nur ein Strich).
• Der Winkel eines Sechsecks beträgt 120°, wenn ein Atom eine Doppelbindung mit einem anderen Atom hat.
• Der Linienwinkel beträgt 180°, wenn ein Atom entweder zwei Doppelbindungen oder eine Dreifachbindung mit einem anderen Atom hat.

Die tatsächlichen Winkel weichen häufig von diesen Winkeln ab, da eine Reihe unterschiedlicher Effekte berücksichtigt werden müssen, darunter auch elektrostatische Wechselwirkungen.

Wie man sich die Größe von Molekülen vorstellt: Beispiele

Wie groß sind die Moleküle? In der 5. Klasse sind die Antworten auf diese Frage, wie bereits erwähnt, allgemeiner Natur. Die Studierenden wissen, dass die Größe dieser Verbindungen sehr klein ist. Wenn Sie beispielsweise ein Sandmolekül in einem einzelnen Sandkorn in ein ganzes Sandkorn verwandeln, könnten Sie unter der resultierenden Masse ein Haus mit fünf Stockwerken verstecken. Wie groß sind die Moleküle? Die kurze Antwort, die auch wissenschaftlicher ist, lautet wie folgt.

Unter Molekularmasse versteht man das Verhältnis der Masse des gesamten Stoffes zur Anzahl der Moleküle im Stoff bzw. das Verhältnis Molmasse zur Avogadro-Konstante. Die Maßeinheit ist Kilogramm. Im mittleren molekulare Masse beträgt 10 -23 -10 -26 kg. Nehmen wir zum Beispiel Wasser. Sein Molekulargewicht beträgt 3 x 10 -26 kg.

Wie beeinflusst die Molekülgröße die Anziehungskräfte?

Verantwortlich für die Anziehung zwischen Molekülen ist die elektromagnetische Kraft, die sich durch die Anziehung entgegengesetzter Ladungen und die Abstoßung gleichartiger Ladungen äußert. Die elektrostatische Kraft zwischen entgegengesetzten Ladungen dominiert die Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen. Erdanziehungskraft ist in diesem Fall so klein, dass es vernachlässigt werden kann.

In diesem Fall beeinflusst die Größe des Moleküls die Anziehungskraft der zufälligen Verzerrungen durch die Elektronenwolke, die bei der Verteilung der Elektronen des Moleküls entstehen. Bei unpolaren Teilchen, die nur schwache Van-der-Waals-Wechselwirkungen bzw. Dispersionskräfte aufweisen, hat die Größe der Moleküle einen direkten Einfluss auf die Größe der sie umgebenden Elektronenwolke. Je größer es ist, desto größer ist das geladene Feld, das es umgibt.

Eine größere Elektronenwolke bedeutet, dass mehr elektronische Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen auftreten können. Dadurch entwickelt ein Teil des Moleküls vorübergehend eine positive Teilladung, während der andere Teil eine negative Teilladung entwickelt. Wenn dies geschieht, kann ein Molekül die Elektronenwolke seines Nachbarn polarisieren. Anziehung entsteht, weil die teilweise positive Seite eines Moleküls von der teilweisen positiven Seite angezogen wird negative Seite ein anderer.

Abschluss

Wie groß sind die Moleküle? In der Naturgeschichte kann man, wie wir herausgefunden haben, nur finden figurative Darstellungüber die Masse und Größe dieser winzigen Partikel. Aber wir wissen, dass es einfache und komplexe Verbindungen gibt. Und die zweite Kategorie umfasst ein Konzept wie ein Makromolekül. Das ist sehr große Einheit B. Protein, das normalerweise durch Polymerisation kleinerer Untereinheiten (Monomere) entsteht. Sie bestehen normalerweise aus Tausenden von Atomen oder mehr.

Moleküle gibt es in verschiedenen Größen und Formen. Der Übersichtlichkeit halber stellen wir das Molekül in Form einer Kugel dar und stellen uns vor, dass es von einer kugelförmigen Oberfläche bedeckt ist, in der sich die elektronischen Hüllen seiner Atome befinden (Abb. 4, a). Nach modernen Vorstellungen haben Moleküle keinen geometrisch definierten Durchmesser. Daher einigte man sich darauf, den Durchmesser d des Moleküls als den Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Moleküle anzunehmen (Abb. 4, b), die so nahe beieinander liegen, dass die Anziehungskräfte zwischen ihnen durch die Abstoßungskräfte ausgeglichen werden.

Aus dem Chemiestudium ist bekannt, dass ein Kilogrammmolekül (Kilomol) eines Stoffes, unabhängig von seiner Größe, ein Kilogrammmolekül (Kilomol) ist Aggregatzustand, enthält nämlich die gleiche Anzahl von Molekülen, die Avogadro-Zahl genannt wird N A = 6,02*10 26 Moleküle.

Schätzen wir nun den Durchmesser eines Moleküls, zum Beispiel von Wasser. Teilen Sie dazu das Volumen eines Kilomols Wasser durch die Avogadro-Zahl. Ein Kilomol Wasser hat eine Masse 18 kg. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Wassermoleküle nahe beieinander befinden und dass ihre Dichte unterschiedlich ist 1000 kg/m3, Wir können das sagen 1 kmol Wasser nimmt Volumen ein V = 0,018 m3. Für das Volumen ist ein Molekül Wasser verantwortlich

Nehmen wir das Molekül als Kugel und verwenden die Formel für das Volumen einer Kugel, berechnen wir den ungefähren Durchmesser, andernfalls die lineare Größe eines Wassermoleküls:

Durchmesser des Kupfermoleküls 2,25*10 -10 m. Die Durchmesser der Gasmoleküle liegen in der gleichen Größenordnung. Zum Beispiel der Durchmesser eines Wasserstoffmoleküls 2,47*10 -10 m, Kohlendioxid - 3,32 * 10 -10 m. Das bedeutet, dass das Molekül einen Durchmesser in der Größenordnung von hat 10 -10 m. Endlich 1 cm 100 Millionen Moleküle können in der Nähe lokalisiert werden.

Schätzen wir die Masse eines Moleküls, zum Beispiel Zucker (C 12 H 22 O 11). Dazu benötigen Sie eine Masse von Kilomol Zucker (μ = 342,31 kg/kmol) dividiert durch die Avogadro-Zahl, also durch die Anzahl der Moleküle in

Die Größe eines Moleküls ist ein relativer Wert. So wird er beurteilt. Zwischen Molekülen wirken neben anziehenden Kräften auch abstoßende Kräfte, so dass sich Moleküle nur bis zu einer bestimmten Distanz einander annähern können D(Abb. 1).

Der Abstand maximaler Annäherung zwischen den Mittelpunkten zweier Moleküle wird genannt effektiver Durchmesser Moleküle D(Es wird angenommen, dass die Moleküle eine Kugelform haben).

Derzeit gibt es viele Methoden zur Bestimmung der Größe von Molekülen. Die einfachste, wenn auch nicht die genaueste, lautet wie folgt. In Festkörpern und Flüssigkeiten liegen die Moleküle sehr nahe beieinander, fast direkt nebeneinander. Daher können wir davon ausgehen, dass die Lautstärke V von einem Körper mit einer gewissen Masse besetzt M, etwa gleich der Summe Volumen aller seiner Moleküle.

Dann ist das Volumen eines Moleküls \(V_(0) =\frac(V)(N),\) wobei V- Volumen des Körpers, \(N=\frac(m)(M) \cdot N_(A)\) - Anzahl der Moleküle im Körper. Somit,

\(V_(0) =\frac(V\cdot M)(m\cdot N_(A)).\)

Da \(\frac(m)(V) =\rho,\) wobei ρ die Dichte der Substanz ist, dann

\(V_(0) =\frac(M)(\rho \cdot N_(A)).\) (6.5)

Angenommen, ein Molekül ist eine kleine Kugel mit einem Durchmesser von D = 2R, Wo R- Radius, den wir haben

\(V_(0) = \frac(4)(3) \pi \cdot r^(3) = \frac(\pi \cdot d^(3))(6).\)

Ersetzen Sie den Wert hier V 0 (6,5) erhalten wir

\(\frac(\pi \cdot d^(3))(6) = \frac(M)(\rho \cdot N_(A)).\)

\(d = \sqrt[(3)](\frac(6M)(\pi \cdot \rho \cdot N_(A))).\)

Ja, für Wasser

\(d = \sqrt[(3)](\frac(6\cdot 18\cdot 10^(-3))(3.14 \cdot 10^(3) \cdot 6.02 \cdot 10^(23 ))) = 3,8 \cdot 10^(-10)\) m.

Molekülgrößen verschiedene Substanzen sind nicht gleich, liegen aber alle in der Größenordnung von 10 -10 m, d.h. sehr klein.

Literatur

Aksenovich L. A. Physik in weiterführende Schule: Theorie. Aufgaben. Tests: Lehrbuch. Zuschuss für Einrichtungen der Allgemeinbildung. Umwelt, Bildung / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - S. 125-126.

Molekularkinetische Theorie idealer Gase

In der Physik werden zur Beschreibung thermischer Phänomene hauptsächlich zwei Methoden verwendet: die molekulare Kinetik (statistisch) und die Thermodynamik.

Molekularkinetische Methode (statistisch) basiert auf der Idee, dass alle Substanzen aus Molekülen in chaotischer Bewegung bestehen. Da die Anzahl der Moleküle riesig ist, ist es mithilfe der Gesetze der Statistik möglich, bestimmte Muster für die gesamte Substanz als Ganzes zu finden.

Thermodynamische Methode kommt von grundlegenden experimentellen Gesetzen, den sogenannten Gesetzen der Thermodynamik. Die thermodynamische Methode nähert sich der Untersuchung von Phänomenen ähnlich der klassischen Mechanik, die auf Newtons experimentellen Gesetzen basiert. Dieser Ansatz berücksichtigt nicht Interne Struktur Substanzen.

Grundprinzipien der molekularkinetischen Theorie

Und ihre experimentelle Begründung. Brownsche Bewegung.

Masse und Größe von Molekülen.

Die Theorie, die studiert thermische Phänomene in makroskopischen Körpern und erklärt die Abhängigkeit der inneren Eigenschaften von Körpern von der Art der Bewegung und Wechselwirkung zwischen den Teilchen, aus denen die Körper bestehen, genannt molekularkinetische Theorie ( abgekürzt MKT ) oder einfach Molekularphysik.

Die molekularkinetische Theorie basiert auf drei wichtigsten Prinzipien:

Entsprechend Erster Platz MKT , V Alle Körper bestehen aus riesige Menge Teilchen (Atome und Moleküle), zwischen denen sich Räume befinden .

Atom ist ein elektrisch neutrales Mikropartikel, das aus einem positiv geladenen Kern und einer Umgebung besteht Elektronenhülle. Eine Ansammlung gleichartiger Atome heißt Chemisches Element . In ihrem natürlichen Zustand kommen Atome von 90 chemischen Elementen in der Natur vor, das schwerste davon ist Uran. Wenn Atome näher zusammengebracht werden, können sie sich zu stabilen Gruppen zusammenschließen. Man spricht von Systemen aus einer kleinen Anzahl miteinander verbundener Atome Molekül . Ein Wassermolekül besteht beispielsweise aus drei Atomen (Abb.): zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O), daher wird es als H 2 O bezeichnet. Moleküle sind die kleinsten stabilen Teilchen einer bestimmten Substanz und besitzen ihre Basic chemische Eigenschaften. Beispielsweise ist das kleinste Wasserteilchen ein Wassermolekül, das kleinste Zuckerteilchen ist ein Zuckermolekül.

Als Stoffe bezeichnet man Stoffe, die aus Atomen bestehen, die nicht zu Molekülen verbunden sind Atomzustand; sonst reden sie darüber molekularer Zustand. Im ersten Fall ist das kleinste Teilchen eines Stoffes ein Atom (zum Beispiel He), im zweiten Fall ein Molekül (zum Beispiel H 2 O).

Bestehen zwei Körper aus der gleichen Anzahl an Teilchen, so sagt man, dass sie die gleiche Menge an Teilchen enthalten Menge der Substanz . Die Stoffmenge ist angegeben griechischer Briefν(nu) und wird in gemessen Maulwürfe. Für 1 Mol Nehmen Sie die Substanzmenge in 12 g Kohlenstoff. Da 12 g Kohlenstoff ungefähr 6∙10 23 Atome enthalten, können wir für die Stoffmenge (d. h. die Anzahl der Mol) in einem Körper, der aus N-Teilchen besteht, schreiben

Wenn wir die Notation N A = 6∙10 23 mol -1 eingeben.

dann nimmt die Beziehung (1) die Form der folgenden einfachen Formel an:

Auf diese Weise, Menge der Substanz ist das Verhältnis der Anzahl N der Moleküle (Atome) in einem gegebenen makroskopischen Körper zur Anzahl N A der Atome in 0,012 kg Kohlenstoffatomen:

1 Mol einer beliebigen Substanz enthält N A = 6,02·10 23 Moleküle. Die Zahl N A wird aufgerufen Avogadros Konstante. Physikalische Bedeutung der Avogadro-Konstante ist, dass sein Wert die Anzahl der Teilchen (Atome in einer atomaren Substanz, Moleküle in einer molekularen Substanz) angibt, die in 1 Mol einer beliebigen Substanz enthalten sind.

Man nennt die Masse eines Mols eines Stoffes Molmasse . Wenn die Molmasse mit dem Buchstaben μ bezeichnet wird, dann können wir für die Stoffmenge in einem Körper der Masse m schreiben:

Aus den Formeln (2) und (3) folgt, dass die Anzahl der Teilchen in jedem Körper durch die Formel bestimmt werden kann:

Die Molmasse wird durch die Formel bestimmt

M=M g 10 -3 kg/mol

Hier wird M g bezeichnet relative molekulare (atomare) Masse eines Stoffes, gemessen in a.m.u. (atomare Masseneinheiten), die in der Molekularphysik üblicherweise die Masse von Molekülen (Atomen) charakterisieren. Relative Molekülmasse M g kann ermittelt werden, wenn Durchschnittsgewicht Moleküle (m m) einer bestimmten Substanz geteilt durch 1/12 der Masse des Kohlenstoffisotops 12 C:

1/12 m 12 C = 1 a.u.m = 1,66 · 10 -27 kg.

Bei der Lösung von Problemen wird dieser Wert anhand des Periodensystems ermittelt. Diese Tabelle zeigt die relativen Atommassen der Elemente. Falten Sie sie entsprechend chemische Formel Moleküle einer bestimmten Substanz und erhalten das relative molekulare M g . Zum Beispiel, z

Kohlenstoff (C) M g =12·10 -3 kg/mol

Wasser (H 2 O) M g = (1·2+16)=18·10 -3 kg/mol.

Ähnlich definiert Relative Atommasse.

Ein Mol Gas nimmt unter normalen Bedingungen ein Volumen V 0 = 22,4 10 23 m 3 ein

Daher ist in 1 m 3 jedes Gas enthalten normale Bedingungen (bestimmt durch Druck P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 atm; Temperatur 273ºK (0ºC), Volumen 1 Mol ideales Gas V 0 =22,4 10 -3 m 3) enthält die gleiche Anzahl an Molekülen:

Diese Zahl wird als Konstante bezeichnet Loshmidt.

Moleküle (wie Atome) haben keine klaren Grenzen. Die Größe der Molekülmoleküle von Feststoffen lässt sich ungefähr wie folgt abschätzen:

wo ist das Volumen pro 1 Molekül, ist das Volumen des gesamten Körpers,

m und ρ sind seine Masse und Dichte, N ist die Anzahl der darin enthaltenen Moleküle.

Atome und Moleküle können weder mit bloßem Auge noch mit einem optischen Mikroskop gesehen werden. Daher die Zweifel vieler Wissenschaftler des späten 19. Jahrhunderts. in der Realität ihrer Existenz kann man verstehen. Allerdings im 20. Jahrhundert. die Situation wurde anders. Mit Hilfe eines Elektronenmikroskops sowie der holographischen Mikroskopie ist es nun möglich, Bilder nicht nur von Molekülen, sondern sogar von einzelnen Atomen zu beobachten.

Röntgenbeugungsdaten zeigen, dass der Durchmesser jedes Atoms in der Größenordnung von d = 10 -8 cm (10 -10 m) liegt. Moleküle sind größer als Atome. Da Moleküle aus mehreren Atomen bestehen, ist die Größe eines Moleküls umso größer, je mehr Atome es hat. Die Größe der Moleküle reicht von 10 –8 cm (10 –10 m) bis 10 –5 cm (10 –7 m).

Die Massen einzelner Moleküle und Atome sind sehr gering, beispielsweise beträgt der absolute Wert der Masse eines Wassermoleküls etwa 3·10 -26 kg. Die Masse einzelner Moleküle wird experimentell mit einem speziellen Gerät – einem Massenspektrometer – bestimmt.

Neben direkten Experimenten, die die Beobachtung von Atomen und Molekülen ermöglichen, sprechen viele weitere indirekte Daten für ihre Existenz. Dies sind beispielsweise Tatsachen über die Wärmeausdehnung von Körpern, ihre Kompressibilität, die Auflösung einiger Stoffe in anderen usw.

Entsprechend die zweite Position der molekularkinetischen Theorie, Teilchen bewegen sich kontinuierlich und chaotisch (zufällig).

Diese Position wird durch das Vorhandensein von Diffusion, Verdunstung, Gasdruck an den Gefäßwänden sowie das Phänomen der Brownschen Bewegung bestätigt.

Zufällige Bewegung bedeutet, dass Moleküle keine bevorzugten Bahnen haben und ihre Bewegungen zufällige Richtungen haben.

Diffusion (von lateinisch diffusion – ausbreiten, ausbreiten) – ein Phänomen, bei dem dadurch thermische Bewegung Substanzen kommt es zu einem spontanen Eindringen einer Substanz in eine andere (wenn diese Substanzen in Kontakt kommen). Nach der molekularkinetischen Theorie erfolgt eine solche Vermischung dadurch, dass zufällig bewegte Moleküle einer Substanz in die Räume zwischen den Molekülen einer anderen Substanz eindringen. Die Eindringtiefe hängt von der Temperatur ab: Je höher die Temperatur, desto größer ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Stoffpartikel und desto schneller erfolgt die Diffusion. Diffusion wird in allen Aggregatzuständen beobachtet – in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen. Die Diffusion erfolgt in Gasen am schnellsten (weshalb sich Gerüche in der Luft so schnell ausbreiten). In Flüssigkeiten erfolgt die Diffusion langsamer als in Gasen. Dies liegt daran, dass die Moleküle der Flüssigkeit viel dichter angeordnet sind und es daher viel schwieriger ist, sie zu „durchdringen“. In Feststoffen erfolgt die Diffusion am langsamsten. In einem Experiment wurden glatt polierte Blei- und Goldplatten übereinander gelegt und mit einem Gewicht zusammengedrückt. Nach fünf Jahren durchdrangen sich Gold und Blei um 1 mm. Die Diffusion in Feststoffen sorgt für die Verbindung von Metallen beim Schweißen, Löten, Verchromen usw. Verbreitung hat sehr wichtig in den Lebensprozessen von Menschen, Tieren und Pflanzen. Durch die Diffusion gelangt beispielsweise Sauerstoff von der Lunge in das menschliche Blut und vom Blut in die Gewebe.

Brownsche Bewegung bezeichnet die zufällige Bewegung kleiner Partikel einer anderen Substanz, die in einer Flüssigkeit oder einem Gas suspendiert sind. Diese Bewegung wurde 1827 vom englischen Botaniker R. Brown entdeckt, der durch ein Mikroskop die Bewegung von im Wasser schwebenden Pollen beobachtete. Heutzutage werden für solche Beobachtungen kleine Teile Gummigutfarbe verwendet, die sich nicht in Wasser auflöst. In einem Gas wird die Brownsche Bewegung beispielsweise durch in der Luft schwebende Staub- oder Rauchpartikel ausgeführt. Die Brownsche Bewegung eines Teilchens entsteht, weil sich die Impulse, mit denen die Moleküle einer Flüssigkeit oder eines Gases auf dieses Teilchen einwirken, nicht gegenseitig kompensieren. Moleküle des Mediums (also Gas- oder Flüssigkeitsmoleküle) bewegen sich chaotisch, sodass ihre Stöße das Brownsche Teilchen in eine zufällige Bewegung versetzen: Das Brownsche Teilchen ändert schnell seine Geschwindigkeit in Richtung und Größe (Abb. 1).

Bei der Untersuchung der Brownschen Bewegung wurde festgestellt, dass ihre Intensität: a) mit zunehmender Umgebungstemperatur zunimmt; b) nimmt zu, wenn die Größe der Brownschen Teilchen selbst abnimmt; c) nimmt in einer viskoseren Flüssigkeit ab und d) ist völlig unabhängig vom Material (Dichte) der Brownschen Teilchen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass diese Bewegung universell ist (da sie bei allen Substanzen beobachtet wird, die in einer Flüssigkeit in versprühtem Zustand suspendiert sind), kontinuierlich (in einer allseitig geschlossenen Küvette kann sie über Wochen, Monate, Jahre hinweg beobachtet werden). und chaotisch (zufällig).

Entsprechend die dritte Bestimmung des IKT Materieteilchen interagieren miteinander: Sie werden auf kurze Entfernungen angezogen und stoßen sich ab, wenn diese Entfernungen kleiner werden.

Das Vorhandensein intermolekularer Wechselwirkungskräfte (Kräfte gegenseitiger Anziehung und Abstoßung) erklärt die Existenz stabiler flüssiger und fester Körper.

Die gleichen Gründe erklären die geringe Kompressibilität von Flüssigkeiten und die Fähigkeit von Festkörpern, Druck- und Zugverformungen zu widerstehen.

Die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung sind elektromagnetischer Natur und lassen sich in zwei Arten einteilen: Anziehung und Abstoßung. Diese Kräfte manifestieren sich in Abständen, die mit der Größe von Molekülen vergleichbar sind. Der Grund für diese Kräfte liegt darin, dass Moleküle und Atome aus geladenen Teilchen mit entgegengesetzten Ladungszeichen bestehen – negativen Elektronen und positiv geladenen Atomkerne. Im Allgemeinen sind Moleküle elektrisch neutral. In Abbildung 2.2 wird anhand von Pfeilen gezeigt, dass sich die Atomkerne, in denen sich positiv geladene Protonen befinden, gegenseitig abstoßen und negativ geladene Elektronen sich genauso verhalten. Aber es gibt Anziehungskräfte zwischen Kernen und Elektronen.

Die Abhängigkeit der Wechselwirkungskräfte zwischen Molekülen vom Abstand zwischen ihnen erklärt qualitativ den molekularen Mechanismus des Auftretens elastischer Kräfte in Festkörpern. Wenn ein fester Körper gedehnt wird, entfernen sich die Teilchen voneinander. In diesem Fall treten Anziehungskräfte der Moleküle auf, die die Partikel in ihre ursprüngliche Position zurückbringen. Wenn ein fester Körper komprimiert wird, rücken die Teilchen näher zusammen. Dies führt zu einer Zunahme der Abstoßungskräfte, die die Partikel in ihre ursprüngliche Position zurückbringen und eine weitere Kompression verhindern.

Daher ist bei kleinen Verformungen (millionenfach größer als die Größe der Moleküle) das Hookesche Gesetz erfüllt, wonach die elastische Kraft proportional zur Verformung ist. Bei großen Verschiebungen gilt das Hookesche Gesetz nicht

Die Gültigkeit dieser Position wird durch den Widerstand aller Körper gegen Kompression sowie (mit Ausnahme von Gasen) gegen deren Dehnung belegt.

MKT ist einfach!

„Nichts existiert außer Atomen und leerem Raum ...“ – Demokrit
„Jeder Körper kann sich unbegrenzt teilen“ – Aristoteles

Grundprinzipien der molekularkinetischen Theorie (MKT)

Zweck der IKT- Dies ist eine Erklärung der Struktur und Eigenschaften verschiedener makroskopischer Körper und der in ihnen auftretenden thermischen Phänomene durch die Bewegung und Wechselwirkung der Partikel, aus denen die Körper bestehen.
Makroskopische Körper- das sind große Körper, die aus einer großen Anzahl von Molekülen bestehen.
Thermische Phänomene- Phänomene im Zusammenhang mit der Erwärmung und Abkühlung von Körpern.

Hauptaussagen der IKT

1. Materie besteht aus Teilchen (Molekülen und Atomen).
2. Es gibt Lücken zwischen den Partikeln.
3. Partikel bewegen sich zufällig und kontinuierlich.
4. Teilchen interagieren miteinander (anziehen und abstoßen).

MKT-Bestätigung:

1. experimentell
- mechanisches Zerkleinern eines Stoffes; Auflösen einer Substanz in Wasser; Kompression und Expansion von Gasen; Verdunstung; Verformung von Körpern; Diffusion; Brigmans Experiment: Öl wird in ein Gefäß gegossen, ein Kolben drückt auf das Öl, bei einem Druck von 10.000 atm beginnt Öl durch die Wände des Stahlgefäßes zu sickern;

Diffusion; Brownsche Bewegung von Teilchen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluss von Molekülen;

Schlechte Kompressibilität von Feststoffen und Flüssigkeiten; erhebliche Anstrengung zu brechen Feststoffe; Verschmelzung von Flüssigkeitströpfchen;

2. direkt
- Fotografie, Bestimmung von Partikelgrößen.

Brownsche Bewegung

Die Brownsche Bewegung ist die thermische Bewegung suspendierter Teilchen in einer Flüssigkeit (oder einem Gas).

Die Brownsche Bewegung ist zum Beweis für die kontinuierliche und chaotische (thermische) Bewegung der Materiemoleküle geworden.
- 1827 vom englischen Botaniker R. Brown entdeckt
- gegeben theoretische Erklärung basierend auf MKT von A. Einstein aus dem Jahr 1905
- experimentell bestätigt vom französischen Physiker J. Perrin.

Masse und Größe von Molekülen

Partikelgrößen

Der Durchmesser jedes Atoms beträgt etwa cm.

Anzahl der Moleküle in einer Substanz

Dabei ist V das Volumen der Substanz und Vo das Volumen eines Moleküls

Masse eines Moleküls

wobei m die Masse der Substanz ist,
N – Anzahl der Moleküle in einer Substanz

SI-Masseneinheit: [m]= 1 kg

In der Atomphysik wird die Masse üblicherweise in Atommasseneinheiten (amu) gemessen.
Herkömmlicherweise wird davon ausgegangen, dass es 1 amu ist. :

Relatives Molekulargewicht der Substanz

Zur Vereinfachung der Berechnungen wird eine Größe eingeführt – die relative Molekülmasse der Substanz.
Die Masse eines Moleküls einer beliebigen Substanz kann mit 1/12 der Masse eines Kohlenstoffmoleküls verglichen werden.

Dabei ist der Zähler die Masse des Moleküls und der Nenner 1/12 der Masse des Kohlenstoffatoms

Dies ist eine dimensionslose Größe, d.h. hat keine Maßeinheiten

Relative Atommasse Chemisches Element

Dabei ist der Zähler die Masse des Atoms und der Nenner 1/12 der Masse des Kohlenstoffatoms

Die Menge ist dimensionslos, d.h. hat keine Maßeinheiten

Die relative Atommasse jedes chemischen Elements ist im Periodensystem angegeben.

Eine andere Möglichkeit, die relative Molekülmasse einer Substanz zu bestimmen

Die relative Molekülmasse einer Substanz ist gleich der Summe der relativen Atommassen der chemischen Elemente, aus denen das Molekül der Substanz besteht.
Relativ Atommasse Wir nehmen jedes chemische Element aus dem Periodensystem!)

Stoffmenge

Die Stoffmenge (ν) bestimmt die relative Anzahl der Moleküle im Körper.

Dabei ist N die Anzahl der Moleküle im Körper und Na die Avogadro-Konstante

Maßeinheit der Stoffmenge im SI-System: [ν]= 1 mol

1 Mol- Dies ist die Stoffmenge, die so viele Moleküle (oder Atome) enthält, wie Atome in Kohlenstoff mit einem Gewicht von 0,012 kg enthalten sind.

Erinnern!
1 Mol einer beliebigen Substanz enthält die gleiche Anzahl an Atomen oder Molekülen!

Aber!
Gleiche Substanzmengen für verschiedene Substanzen haben unterschiedliche Massen!

Avogadros Konstante

Die Anzahl der Atome in 1 Mol einer Substanz wird Avogadro-Zahl oder Avogadro-Konstante genannt:

Molmasse

Die Molmasse (M) ist die Masse einer Substanz, ausgedrückt in einem Mol, oder andernfalls die Masse eines Mols einer Substanz.

Molekülmasse
- Avogadros Konstante

Einheit der Molmasse: [M]=1 kg/mol.

Formeln zur Lösung von Problemen

Diese Formeln werden durch Ersetzen der obigen Formeln erhalten.

Masse einer beliebigen Stoffmenge