قطر یک مولکول آب اصول اولیه نظریه سینتیک مولکولی. اندازه های مولکولی - هایپر مارکت دانش. دستورالعمل های راه حل

وقتی دو یا چند اتم به هم می رسند پیوندهای شیمیاییبا یکدیگر، مولکول ها بوجود می آیند. فرقی نمی کند که این اتم ها یکسان باشند یا از نظر شکل و اندازه کاملاً با یکدیگر متفاوت باشند. ما متوجه خواهیم شد که اندازه مولکول ها چقدر است و به چه چیزی بستگی دارد.

مولکول ها چیست؟

هزاران سال است که دانشمندان در مورد رمز و راز زندگی فکر کرده‌اند، که دقیقاً با شروع آن چه اتفاقی می‌افتد. بر اساس قدیمی ترین فرهنگ ها، زندگی و همه چیز در این جهان از عناصر اساسی طبیعت - زمین، هوا، باد، آب و آتش تشکیل شده است. با این حال، با گذشت زمان، بسیاری از فیلسوفان شروع به ارائه این ایده کردند که همه چیز از چیزهای کوچک و غیرقابل تقسیمی تشکیل شده است که نمی توان آنها را ایجاد کرد یا از بین برد.

با این حال، تنها پس از ظهور نظریه اتمی و شیمی مدرن بود که دانشمندان شروع به این فرض کردند که ذرات، در کنار هم، بلوک‌های سازنده اساسی همه چیز را به وجود می‌آورند. به این ترتیب این اصطلاح ظاهر شد که در متن نظریه مدرنذرات به کوچکترین واحدهای جرم اشاره دارد.

طبق تعریف کلاسیک، یک مولکول کوچکترین ذره یک ماده است که به حفظ مواد شیمیایی و آن کمک می کند. مشخصات فیزیکی. از دو یا چند اتم یا گروه هایی از اتم های یکسان یا متفاوت تشکیل شده است که توسط نیروهای شیمیایی کنار هم نگه داشته می شوند.

اندازه مولکول ها چقدر است؟ در کلاس پنجم تاریخ طبیعی ( موضوع مدرسه ای) فقط می دهد ایده کلیدر مورد اندازه ها و شکل ها؛ این موضوع در درس شیمی دبیرستان با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار می گیرد.

نمونه هایی از مولکول ها

مولکول ها می توانند ساده یا پیچیده باشند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

H 2 O (آب)؛
N 2 (نیتروژن)؛
O 3 (ازن)؛
CaO (اکسید کلسیم)؛
C 6 H 12 O 6 (گلوکز).

به مولکول های متشکل از دو یا چند عنصر ترکیب گفته می شود. بنابراین، آب، اکسید کلسیم و گلوکز ترکیباتی هستند. همه ترکیبات مولکول نیستند، اما همه مولکول ها ترکیب هستند. آنها چقدر می توانند بزرگ باشند؟ اندازه مولکول چقدر است؟ این یک واقعیت شناخته شده است که تقریباً همه چیز در اطراف ما از اتم تشکیل شده است (به جز نور و صدا). وزن کل آنها جرم مولکول خواهد بود.

جرم مولکولی

وقتی در مورد اندازه مولکول ها صحبت می شود، اکثر دانشمندان از وزن مولکولی شروع می کنند. این وزن کل تمام اتم های موجود در آن است:

آب، متشکل از دو اتم هیدروژن (هر کدام یک واحد جرم اتمی) و یک اتم اکسیژن (16 واحد جرم اتمی)، وزن مولکولی 18 (به طور دقیق تر، 18.01528) دارد.
گلوکز دارای وزن مولکولی 180 است.
DNA، که بسیار طولانی است، می تواند وزن مولکولی حدود 1010 (وزن تقریبی یک کروموزوم انسان) داشته باشد.

اندازه گیری در نانومتر

علاوه بر جرم، می‌توانیم میزان بزرگی مولکول‌ها را در نانومتر نیز اندازه‌گیری کنیم. قطر یک واحد آب حدود 0.27 نیوتن متر است. قطر DNA به 2 نانومتر می رسد و می تواند تا چند متر طول داشته باشد. تصور اینکه چگونه چنین ابعادی می توانند در یک سلول قرار گیرند دشوار است. نسبت طول به ضخامت DNA شگفت انگیز است. 1/100,000,000 است که مانند موی انسان به اندازه یک زمین فوتبال است.

اشکال و اندازه ها

اندازه مولکول ها چقدر است؟ آن ها هستند اشکال مختلفو اندازه ها آب و دی اکسید کربن از کوچکترین و پروتئین ها از بزرگترین آنها هستند. مولکول ها عناصری هستند که از اتم هایی ساخته شده اند که به یکدیگر پیوند دارند. درك كردن ظاهرمولکول ها به طور سنتی بخشی از شیمی هستند. علاوه بر غیر قابل درک آنها عجیب و غریب رفتار شیمیایییکی از ویژگی های مهم مولکول ها اندازه آنهاست.

دانستن اینکه مولکول‌های بزرگ چقدر هستند می‌تواند مفید باشد؟ پاسخ به این سؤال و بسیاری از سؤالات دیگر در زمینه فناوری نانو کمک می کند، زیرا مفهوم نانو ربات ها و مواد هوشمند لزوماً با تأثیرات اندازه ها و اشکال مولکولی سروکار دارد.

اندازه مولکول ها چقدر است؟

در کلاس پنجم، تاریخ طبیعی در مورد این موضوع فقط می دهد اطلاعات کلیکه تمام مولکول ها از اتم هایی تشکیل شده اند که در حرکت تصادفی ثابت هستند. در دبیرستان، می‌توانید فرمول‌های ساختاری را در کتاب‌های درسی شیمی ببینید که شبیه شکل واقعی مولکول‌ها هستند. با این حال، اندازه گیری طول آنها با استفاده از یک خط کش معمولی غیرممکن است و برای انجام این کار باید بدانید که مولکول ها اجسامی سه بعدی هستند. تصویر آنها بر روی کاغذ یک طرح ریزی بر روی یک صفحه دو بعدی است. طول یک مولکول با روابط بین طول زوایای آن تغییر می کند. سه مورد اصلی وجود دارد:

زاویه یک چهار وجهی زمانی 109 درجه است که تمام پیوندهای آن اتم به همه اتم های دیگر منفرد باشد (فقط یک خط تیره).
زاویه یک شش ضلعی 120 درجه است که یک اتم یک پیوند دوگانه با اتم دیگر داشته باشد.
هنگامی که یک اتم دارای دو پیوند دوگانه یا یک پیوند سه گانه با اتم دیگر باشد، زاویه خط 180 درجه است.

زوایای واقعی اغلب با این زوایای متفاوت است، زیرا تعدادی از اثرات مختلف باید در نظر گرفته شوند، از جمله برهمکنش های الکترواستاتیک.

چگونه اندازه مولکول ها را تصور کنیم: مثال ها

اندازه مولکول ها چقدر است؟ در کلاس 5، پاسخ به این سوال، همانطور که قبلاً گفتیم، کلی است. دانش آموزان می دانند که اندازه این ترکیبات بسیار کوچک است. به عنوان مثال، اگر یک مولکول شن را در یک دانه شن به یک دانه کامل شن تبدیل کنید، می توانید یک خانه پنج طبقه را در زیر جرم حاصل پنهان کنید. اندازه مولکول ها چقدر است؟ پاسخ کوتاه که بیشتر علمی هم هست به شرح زیر است.

جرم مولکولی برابر است با نسبت جرم کل ماده به تعداد مولکول های موجود در ماده یا نسبت جرم مولیبه ثابت آووگادرو. واحد اندازه گیری کیلوگرم است. میانگین جرم مولکولی 10 -23 -10 -26 کیلوگرم است. به عنوان مثال آب را در نظر بگیریم. وزن مولکولی آن 3×10-26 کیلوگرم خواهد بود.

اندازه مولکولی چگونه بر نیروهای جاذبه تأثیر می گذارد؟

مسئول جاذبه بین مولکول ها نیروی الکترومغناطیسی است که از طریق جذب بارهای مخالف و دفع بارهای مشابه خود را نشان می دهد. نیروی الکترواستاتیکی که بین بارهای مخالف وجود دارد بر فعل و انفعالات بین اتم ها و بین مولکول ها غالب است. نیروی گرانشدر این مورد آنقدر کوچک است که می توان از آن غفلت کرد.

در این حالت، اندازه مولکول بر نیروی جاذبه از طریق ابر الکترونی اعوجاج‌های تصادفی که در هنگام توزیع الکترون‌های مولکول ایجاد می‌شود، تأثیر می‌گذارد. در مورد ذرات غیر قطبی، که فقط برهمکنش‌های ضعیف واندروالس یا نیروهای پراکندگی را نشان می‌دهند، اندازه مولکول‌ها تأثیر مستقیمی بر اندازه ابر الکترونی اطراف مولکول مذکور دارد. هر چه بزرگتر باشد، میدان باردار بزرگتر آن را احاطه کرده است.

ابر الکترونی بزرگتر به این معنی است که فعل و انفعالات الکترونیکی بیشتری می تواند بین مولکول های همسایه رخ دهد. در نتیجه، یک قسمت از مولکول یک بار جزئی مثبت موقت ایجاد می کند، در حالی که قسمت دیگر یک بار جزئی منفی ایجاد می کند. وقتی این اتفاق می افتد، یک مولکول می تواند ابر الکترونی همسایه خود را قطبی کند. جذب به این دلیل اتفاق می افتد که جنبه مثبت جزئی یک مولکول به سمت جزئی جذب می شود جنبه منفییکی دیگر.

نتیجه

بنابراین مولکول ها چقدر بزرگ هستند؟ در تاریخ طبیعی، همانطور که متوجه شدیم، فقط می توان یافت بازنمایی فیگوراتیودر مورد جرم و اندازه این ذرات ریز. اما می دانیم که ترکیبات ساده و پیچیده ای وجود دارد. و دسته دوم شامل مفهومی به عنوان ماکرومولکول است. این خیلی واحد بزرگمانند پروتئین که معمولاً با پلیمریزاسیون زیر واحدهای کوچکتر (مونومر) ایجاد می شود. آنها معمولاً از هزاران اتم یا بیشتر تشکیل شده اند.

مولکول ها در اندازه ها و شکل های مختلف هستند. برای وضوح، ما مولکول را به شکل یک توپ ترسیم می کنیم و تصور می کنیم که توسط یک سطح کروی پوشیده شده است، که در داخل آن پوسته های الکترونیکی اتم های آن قرار دارد (شکل 4، a). بر اساس مفاهیم مدرن، مولکول ها قطر هندسی مشخصی ندارند. بنابراین، قرار شد که قطر d مولکول را به عنوان فاصله بین مراکز دو مولکول در نظر بگیریم (شکل 4، ب) که به قدری نزدیک هستند که نیروهای جاذبه بین آنها توسط نیروهای دافعه متعادل می شوند.

از درس شیمی مشخص است که یک کیلوگرم مولکول (کیلومول) از هر ماده، صرف نظر از آن حالت تجمع، حاوی همان تعداد مولکول است که به آن عدد آووگادرو می گویند N A = 6.02 * 10 26 مولکول.

حالا بیایید قطر یک مولکول را تخمین بزنیم، مثلا آب. برای این کار حجم یک کیلو مول آب را بر عدد آووگادرو تقسیم کنید. یک کیلو مول آب جرم دارد 18 کیلوگرمبا فرض اینکه مولکول های آب نزدیک به هم و چگالی آن قرار دارند 1000 کیلوگرم بر متر مکعب،می توانیم بگوییم که 1 کیلومتر مولآب حجم می گیرد V = 0.018 متر مکعب. یک مولکول آب حجم آن را تشکیل می دهد

با در نظر گرفتن مولکول به عنوان یک توپ و با استفاده از فرمول حجم یک توپ، قطر تقریبی و در غیر این صورت اندازه خطی یک مولکول آب را محاسبه می کنیم:

قطر مولکول مس 2.25 * 10 -10 متر.قطر مولکول های گاز به یک ترتیب است. به عنوان مثال، قطر یک مولکول هیدروژن 2.47 * 10 -10 متر، دی اکسید کربن - 3.32 * 10 -10 متر.این به این معنی است که قطر مولکول در حد مرتبه است 10-10 متردر طول 1 سانتی متر 100 میلیون مولکول را می توان در این نزدیکی قرار داد.

بیایید جرم یک مولکول، به عنوان مثال شکر (C 12 H 22 O 11) را تخمین بزنیم. برای این کار به یک توده کیلو مول شکر نیاز دارید (μ = 342.31 kg/kmol)تقسیم بر عدد آووگادرو، یعنی بر تعداد مولکول های موجود در

اندازه یک مولکول یک مقدار نسبی است. او را اینگونه ارزیابی می کنند. بین مولکول‌ها، همراه با نیروهای جاذبه، نیروهای دافعه نیز عمل می‌کنند، بنابراین مولکول‌ها فقط می‌توانند تا یک فاصله معین به یکدیگر نزدیک شوند. د(عکس. 1).

فاصله حداکثر نزدیک شدن بین مراکز دو مولکول نامیده می شود قطر موثرمولکول ها د(فرض می شود که مولکول ها شکل کروی دارند).

در حال حاضر روش های زیادی برای تعیین اندازه مولکول ها وجود دارد. ساده ترین، اگرچه دقیق ترین آنها نیست، به شرح زیر است. در جامدات و مایعات، مولکول ها بسیار نزدیک به هم و تقریباً درست در کنار یکدیگر قرار دارند. بنابراین، می توان فرض کرد که حجم Vاشغال شده توسط جسمی با مقداری جرم متر، تقریبا برابر با مجموعحجم تمام مولکول های آن

سپس حجم یک مولکول \(V_(0) =\frac(V)(N),\) خواهد بود که در آن V- حجم بدن، \(N=\frac(m)(M) \cdot N_(A)\) - تعداد مولکول‌های بدن. از این رو،

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

از آنجایی که \(\frac(m)(V) =\rho,\) که ρ چگالی ماده است، پس

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

با فرض اینکه یک مولکول یک توپ کوچک است که قطر آن برابر است د = 2r، جایی که r- شعاع، ما داریم

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

جایگزینی مقدار در اینجا V 0 (6.5)، دریافت می کنیم

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

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

بله برای آب

\(d = \sqrt[(3)](\frac(6\cdot 18\cdot 10^(-3))(3.14 \cdot 10^(3) \cdot 6.02 \cdot 10^(23))) = 3.8 \cdot 10^(-10)\) m.

اندازه های مولکولی مواد مختلفیکسان نیستند، اما همه آنها از مرتبه 10-10 متر هستند، یعنی. خیلی کوچک.

ادبیات

Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: تئوری. وظایف. تست ها: کتاب درسی. کمک هزینه برای مؤسسات ارائه دهنده آموزش عمومی. محیط زیست، آموزش / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; اد. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 125-126.

نظریه جنبشی مولکولی گازهای ایده آل

در فیزیک از دو روش اصلی برای توصیف پدیده های حرارتی استفاده می شود: سینتیک مولکولی (آماری) و ترمودینامیکی.

روش سینتیک مولکولی (آماری) بر اساس این ایده که همه مواد متشکل از مولکولهایی هستند که در حرکت آشفته هستند. از آنجایی که تعداد مولکول ها بسیار زیاد است، می توان با استفاده از قوانین آمار، الگوهای خاصی را برای کل ماده به عنوان یک کل پیدا کرد.

روش ترمودینامیکی از قوانین تجربی اولیه به نام قوانین ترمودینامیک می آید. روش ترمودینامیکی به مطالعه پدیده هایی شبیه به مکانیک کلاسیک می پردازد که بر اساس قوانین تجربی نیوتن است. این رویکرد در نظر نمی گیرد ساختار داخلیمواد

اصول اولیه نظریه سینتیک مولکولی

و توجیه تجربی آنها. حرکت براونی

جرم و اندازه مولکول ها

نظریه ای که مطالعه می کند پدیده های حرارتیدر اجسام ماکروسکوپی و تبیین وابستگی خصوصیات درونی اجسام به ماهیت حرکت و برهمکنش بین ذرات سازنده اجسام، به نام نظریه جنبشی مولکولی ( به اختصار MKT ) یا صرفاً فیزیک مولکولی.

نظریه جنبشی مولکولی بر سه اصل مهم استوار است:

مطابق با موقعیت اول MKT , V همه بدن ها از مقدار زیادیذرات (اتم ها و مولکول ها) که بین آنها فضا وجود دارد .

اتمیک ریزذره خنثی الکتریکی است که از یک هسته با بار مثبت و اطراف آن تشکیل شده است پوسته الکترونی. مجموعه ای از اتم های یک نوع نامیده می شود عنصر شیمیایی . در حالت طبیعی، اتم های 90 عنصر شیمیایی در طبیعت وجود دارند که سنگین ترین آنها اورانیوم است. وقتی اتم‌ها به هم نزدیک‌تر شوند، می‌توانند در گروه‌های پایدار متحد شوند. سیستم هایی با تعداد کمی از اتم های متصل به هم نامیده می شوند مولکول . به عنوان مثال، یک مولکول آب از سه اتم تشکیل شده است (شکل): دو اتم هیدروژن (H) و یک اتم اکسیژن (O)، بنابراین H 2 O نامیده می شود. مولکول ها کوچکترین ذرات پایدار یک ماده هستند که دارای آن هستند. پایه ای خواص شیمیایی. به عنوان مثال، کوچکترین ذره آب یک مولکول آب است، کوچکترین ذره قند یک مولکول قند است.

گفته می‌شود که موادی متشکل از اتم‌هایی که به مولکول‌ها متحد نشده‌اند، داخل هستند حالت اتمی; در غیر این صورت صحبت می کنند حالت مولکولی. در حالت اول، کوچکترین ذره یک ماده یک اتم است (مثلا He)، در حالت دوم، یک مولکول است (مثلا H 2 O).

اگر دو جسم از تعداد ذرات یکسانی تشکیل شده باشند، گفته می شود که دارای یکسان هستند مقدار ماده . مقدار ماده مشخص شده است نامه یونانیν(nu) و در اندازه گیری می شود خال ها. برای 1 مول مقدار ماده را در 12 گرم کربن بگیرید. از آنجایی که 12 گرم کربن حاوی تقریباً 6 ∙10 23 اتم است، بنابراین برای مقدار ماده (یعنی تعداد مول) در جسمی متشکل از ذرات N می توانیم بنویسیم.

اگر نماد N A = 6∙10 را وارد کنیم 23 mol -1.

سپس رابطه (1) به شکل فرمول ساده زیر خواهد بود:

بدین ترتیب، مقدار ماده نسبت تعداد N مولکول ها (اتم ها) در یک جسم ماکروسکوپی معین به تعداد N A اتم ها در 0.012 کیلوگرم اتم کربن است:

1 مول از هر ماده حاوی N A = 6.02·10 23 مولکول است. عدد N A نامیده می شود ثابت آووگادرو. معنای فیزیکی ثابت آووگادرواین است که مقدار آن تعداد ذرات (اتم ها در یک ماده اتمی، مولکول ها در یک ماده مولکولی) موجود در 1 مول از هر ماده را نشان می دهد.

جرم یک مول از یک ماده را می گویند جرم مولی . اگر جرم مولی را با حرف μ نشان دهیم، برای مقدار ماده در جسمی به جرم m می توانیم بنویسیم:

از فرمول های (2) و (3) نتیجه می شود که تعداد ذرات در هر جسم را می توان با فرمول تعیین کرد:

جرم مولی با فرمول تعیین می شود

M=M گرم 10 -3 کیلوگرم بر مول

در اینجا M g نشان داده شده است جرم مولکولی (اتمی) نسبی یک ماده، در a.m.u اندازه گیری شد (واحد جرم اتمی) که در فیزیک مولکولی معمولاً جرم مولکول ها (اتم ها) را مشخص می کند. جرم مولکولی نسبی M gمی توان تعیین کرد که اگر وزن متوسطمولکول (m m) یک ماده معین تقسیم بر 1/12 جرم ایزوتوپ کربن 12 C:

1/12 m 12 C = 1 a.u.m = 1.66 10 -27 کیلوگرم.

هنگام حل مسائل، این مقدار با استفاده از جدول تناوبی پیدا می شود. این جدول جرم اتمی نسبی عناصر را نشان می دهد. تا کردن آنها بر اساس فرمول شیمیاییمولکول های یک ماده معین، و Mg مولکولی نسبی را بدست آورید . به عنوان مثال، برای

کربن (C) M g = 12·10 -3 kg/mol

آب (H2O) Mg = (1·2+16)=18·10-3 kg/mol.

به طور مشابه تعریف شده است جرم اتمی نسبی.

یک مول گاز در شرایط عادی حجم V 0 = 22.4 10 23 m 3 را اشغال می کند.

بنابراین، در 1 متر 3 از هر گاز در شرایط عادی (تعیین شده با فشار P = 101325 Pa = 10 5 Pa = 1 atm؛ دما 273 درجه K (0ºC)، حجم 1 مول گاز ایده آل V 0 = 22.4 10 -3 m 3) حاوی همان تعداد مولکول است:

این عدد ثابت نامیده می شود لوشمیت.

مولکول ها (مانند اتم ها) مرزهای مشخصی ندارند. اندازه مولکول های جامد را می توان تقریباً به صورت زیر تخمین زد:

حجم هر 1 مولکول کجاست، حجم کل بدن است،

m و ρ جرم و چگالی آن، N تعداد مولکول های موجود در آن است.

اتم ها و مولکول ها را نمی توان با چشم غیر مسلح یا با میکروسکوپ نوری دید. بنابراین، تردید بسیاری از دانشمندان اواخر قرن نوزدهم. در واقعیت وجود آنها می توان فهمید. با این حال، در قرن بیستم. وضعیت متفاوت شد اکنون با کمک میکروسکوپ الکترونی و همچنین میکروسکوپ هولوگرافیک، می توان تصاویر نه تنها مولکول ها، بلکه حتی اتم های منفرد را نیز مشاهده کرد.

داده های پراش اشعه ایکس نشان می دهد که قطر هر اتمی از مرتبه d = 10-8 سانتی متر (10-10 متر) است. مولکول ها بزرگتر از اتم ها هستند. از آنجایی که مولکول ها از چندین اتم تشکیل شده اند، هر چه تعداد اتم های یک مولکول بیشتر باشد، اندازه آن بزرگتر است. اندازه مولکول ها از 10-8 سانتی متر (10-10 متر) تا 10-5 سانتی متر (10-7 متر) متغیر است.

جرم هر مولکول و اتم بسیار کوچک است، به عنوان مثال، قدر مطلق جرم یک مولکول آب در حدود 3·10 -26 کیلوگرم است. جرم مولکول های منفرد به طور تجربی با استفاده از یک دستگاه خاص - طیف سنج جرمی تعیین می شود.

علاوه بر آزمایش‌های مستقیم که مشاهده اتم‌ها و مولکول‌ها را ممکن می‌سازد، بسیاری از داده‌های غیرمستقیم دیگر به نفع وجود آنها صحبت می‌کنند. اینها برای مثال حقایقی در مورد انبساط حرارتی اجسام، تراکم پذیری آنها، انحلال برخی از مواد در برخی دیگر و غیره هستند.

مطابق با موقعیت دوم نظریه جنبشی مولکولی, ذرات به طور پیوسته و آشفته (به طور تصادفی) حرکت می کنند.

این موقعیت با وجود انتشار، تبخیر، فشار گاز بر روی دیواره رگ و همچنین پدیده حرکت براونی تأیید می شود.

حرکت تصادفی به این معنی است که مولکول ها هیچ مسیر ترجیحی ندارند و حرکت آنها دارای جهت تصادفی است.

انتشار (از انتشار لاتین - گسترش، گسترش) - پدیده ای که در نتیجه، حرکت حرارتیمواد، نفوذ خود به خود یک ماده به ماده دیگر رخ می دهد (در صورت تماس این مواد). طبق تئوری جنبشی مولکولی، چنین اختلاط در نتیجه نفوذ مولکول‌های متحرک تصادفی یک ماده به فضاهای بین مولکول‌های ماده دیگر اتفاق می‌افتد. عمق نفوذ بستگی به دما دارد: هر چه دما بیشتر باشد، سرعت حرکت ذرات ماده بیشتر می شود و انتشار سریعتر اتفاق می افتد. انتشار در همه حالات ماده - در گازها، مایعات و جامدات مشاهده می شود. انتشار سریعتر در گازها اتفاق می افتد (به همین دلیل است که بو به سرعت در هوا پخش می شود). انتشار در مایعات کندتر از گازها اتفاق می افتد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که مولکول های مایع بسیار متراکم تر هستند و بنابراین "گذر از آنها" بسیار دشوارتر است. انتشار در جامدات به کندی اتفاق می افتد. در یک آزمایش، صفحات صاف صیقلی سرب و طلا روی هم قرار داده شدند و با وزنه فشرده شدند. پس از پنج سال، طلا و سرب 1 میلی متر به یکدیگر نفوذ کردند. انتشار در جامدات اتصال فلزات را در حین جوشکاری، لحیم کاری، آبکاری کروم و غیره تضمین می کند. انتشار دارد پراهمیتدر فرآیندهای زندگی انسان ها، حیوانات و گیاهان. به عنوان مثال، به لطف انتشار است که اکسیژن از ریه ها به خون انسان و از خون به بافت ها نفوذ می کند.

حرکت براونیبه حرکت تصادفی ذرات کوچک ماده دیگر معلق در مایع یا گاز می گویند. این حرکت در سال 1827 توسط گیاه شناس انگلیسی R. Brown کشف شد که از طریق میکروسکوپ حرکت گرده های معلق در آب را مشاهده کرد. امروزه برای چنین مشاهداتی از قطعات کوچک رنگ گومیگوت استفاده می شود که در آب حل نمی شود. در گاز، حرکت براونی، به عنوان مثال، توسط ذرات غبار یا دود معلق در هوا انجام می شود. حرکت براونی یک ذره به این دلیل اتفاق می‌افتد که تکانه‌هایی که مولکول‌های یک مایع یا گاز روی این ذره عمل می‌کنند، یکدیگر را جبران نمی‌کنند. مولکول‌های محیط (یعنی مولکول‌های گاز یا مایع) به‌طور آشفته حرکت می‌کنند، بنابراین تأثیرات آنها ذره براونی را به حرکت تصادفی سوق می‌دهد: ذره براونی به سرعت سرعت خود را در جهت و اندازه تغییر می‌دهد (شکل 1).

در طول مطالعه حرکت براونی، مشخص شد که شدت آن: الف) با افزایش دمای محیط افزایش می یابد. ب) با کاهش اندازه ذرات براونی افزایش می یابد. ج) در مایع چسبناک تر کاهش می یابد و د) کاملاً مستقل از ماده (چگالی) ذرات براونی است. علاوه بر این، مشخص شد که این حرکت جهانی است (از آنجایی که در همه مواد معلق در حالت اسپری در مایع مشاهده می شود)، پیوسته (در یک کووت بسته از همه طرف، می توان آن را برای هفته ها، ماه ها، سال ها مشاهده کرد) و آشفته (به طور تصادفی).

مطابق با سومین ماده ICT ذرات ماده با یکدیگر تعامل دارند: در فواصل کوتاه جذب می شوند و با کاهش این فاصله ها دفع می شوند.

وجود نیروهای برهمکنش بین مولکولی (نیروهای جاذبه و دافعه متقابل) وجود اجسام مایع و جامد پایدار را توضیح می دهد.

همین دلایل تراکم پذیری کم مایعات و توانایی جامدات در مقاومت در برابر تغییر شکل های فشاری و کششی را توضیح می دهد.

نیروهای برهمکنش بین مولکولی ماهیت الکترومغناطیسی دارند و به دو نوع تقسیم می شوند: جاذبه و دافعه. این نیروها در فواصل قابل مقایسه با اندازه مولکول ها خود را نشان می دهند. دلیل این نیروها این است که مولکول ها و اتم ها از ذرات باردار با علائم مخالف بار - الکترون های منفی و بار مثبت تشکیل شده اند. هسته های اتمی. به طور کلی، مولکول ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. در شکل 2.2، با استفاده از فلش ها، نشان داده شده است که هسته اتم ها، که در داخل آنها پروتون های دارای بار مثبت وجود دارد، یکدیگر را دفع می کنند و الکترون های دارای بار منفی به همین ترتیب عمل می کنند. اما نیروهای جاذبه ای بین هسته و الکترون ها وجود دارد.

وابستگی نیروهای برهمکنش بین مولکول ها به فاصله بین آنها به طور کیفی مکانیسم مولکولی ظهور نیروهای الاستیک در جامدات را توضیح می دهد. هنگامی که یک جسم جامد کشیده می شود، ذرات از یکدیگر دور می شوند. در این حالت نیروهای جذابی از مولکول ها ظاهر می شود که ذرات را به موقعیت اصلی خود باز می گرداند. هنگامی که یک جسم جامد فشرده می شود، ذرات به هم نزدیکتر می شوند. این منجر به افزایش نیروهای دافعه می شود که ذرات را به موقعیت اصلی خود باز می گرداند و از فشرده سازی بیشتر جلوگیری می کند.

بنابراین، در تغییر شکل‌های کوچک (میلیون‌ها برابر بزرگ‌تر از اندازه مولکول‌ها)، قانون هوک برآورده می‌شود که بر اساس آن نیروی الاستیک متناسب با تغییر شکل است. در جابجایی های بزرگ، قانون هوک اعمال نمی شود

اعتبار این موقعیت با مقاومت تمام اجسام در برابر فشار و همچنین (به استثنای گازها) در برابر کشش آنها اثبات می شود.

MKT آسان است!

"هیچ چیز به جز اتم ها و فضای خالی وجود ندارد..." - دموکریتوس
"هر جسمی می تواند به طور نامحدود تقسیم شود" - ارسطو

اصول اولیه نظریه سینتیک مولکولی (MKT)

هدف فناوری اطلاعات و ارتباطات- این توضیحی است در مورد ساختار و خواص اجسام ماکروسکوپی مختلف و پدیده های حرارتی که در آنها رخ می دهد، توسط حرکت و تعامل ذرات سازنده اجسام.
اجسام ماکروسکوپی- اینها اجسام بزرگی هستند که از تعداد زیادی مولکول تشکیل شده اند.
پدیده های حرارتی- پدیده های مرتبط با گرمایش و سرمایش بدن ها.

بیانیه های اصلی ICT

1. ماده از ذرات (مولکول ها و اتم ها) تشکیل شده است.
2. بین ذرات شکاف وجود دارد.
3. ذرات به طور تصادفی و پیوسته حرکت می کنند.
4. ذرات با یکدیگر تعامل دارند (جذب و دفع می کنند).

تایید MKT:

1. تجربی
- خرد کردن مکانیکی یک ماده؛ حل کردن یک ماده در آب؛ فشرده سازی و انبساط گازها؛ تبخیر؛ تغییر شکل اجسام؛ انتشار؛ آزمایش بریگمن: روغن در یک ظرف ریخته می شود، یک پیستون روی روغن فشار می دهد، با فشار 10000 اتمسفر، روغن از دیواره های ظرف فولادی شروع به نفوذ می کند.

انتشار؛ حرکت براونی ذرات در یک مایع تحت تاثیر مولکول ها.

تراکم پذیری ضعیف جامدات و مایعات؛ تلاش قابل توجهی برای شکستن مواد جامد; ادغام قطرات مایع؛

2. مستقیم
- عکاسی، تعیین اندازه ذرات.

حرکت براونی

حرکت براونی حرکت حرارتی ذرات معلق در یک مایع (یا گاز) است.

حرکت براونی به شواهدی از حرکت پیوسته و آشفته (حرارتی) مولکول های ماده تبدیل شده است.
- توسط گیاه شناس انگلیسی R. Brown در سال 1827 کشف شد
- داده شده تبیین نظریبر اساس MKT توسط A. Einstein در سال 1905
- به طور تجربی توسط فیزیکدان فرانسوی J. Perrin تایید شده است.

جرم و اندازه مولکول ها

اندازه ذرات

قطر هر اتمی حدود سانتی متر است.

تعداد مولکول های یک ماده

که در آن V حجم ماده است، Vo حجم یک مولکول است

جرم یک مولکول

جایی که m جرم ماده است،
N - تعداد مولکول های یک ماده

واحد جرم SI: [m] = 1 کیلوگرم

در فیزیک اتمی، جرم معمولاً با واحد جرم اتمی (amu) اندازه گیری می شود.
به طور متعارف، آن را 1 amu در نظر می گیرند. :

وزن مولکولی نسبی ماده

برای راحتی محاسبات، مقداری معرفی می شود - جرم مولکولی نسبی ماده.
جرم یک مولکول هر ماده ای را می توان با 1/12 جرم یک مولکول کربن مقایسه کرد.

که در آن صورت، جرم مولکول و مخرج آن 1/12 جرم اتم کربن است.

این یک کمیت بدون بعد است، یعنی. واحد اندازه گیری ندارد

جرم اتمی نسبی عنصر شیمیایی

که در آن صورت، جرم اتم و مخرج آن 1/12 جرم اتم کربن است.

کمیت بدون بعد است، یعنی. واحد اندازه گیری ندارد

جرم اتمی نسبی هر عنصر شیمیایی در جدول تناوبی آورده شده است.

روش دیگری برای تعیین جرم مولکولی نسبی یک ماده

جرم مولکولی نسبی یک ماده برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی عناصر شیمیایی تشکیل دهنده مولکول ماده.
نسبت فامیلی جرم اتمیما هر عنصر شیمیایی را از جدول تناوبی می گیریم!)