द्रव्यमान और अणुओं का आकार। आण्विक गतिज सिद्धांत के मूल प्रावधान
पदार्थ की संरचना का आणविक-गतिज सिद्धांत तीन स्थितियों पर आधारित है, जिनमें से प्रत्येक को प्रयोगों के माध्यम से सिद्ध किया गया है: एक पदार्थ में कण होते हैं; ये कण बेतरतीब ढंग से चलते हैं; कण आपस में परस्पर क्रिया करते हैं।
शरीर के गुण और व्यवहार, ऊपरी वायुमंडल की दुर्लभ गैसों से लेकर पृथ्वी पर ठोस पिंडों के साथ-साथ ग्रहों और सितारों के सुपरडेंस कोर तक, सभी पिंडों - अणुओं को बनाने वाले परस्पर क्रिया करने वाले कणों की गति से निर्धारित होते हैं। , परमाणु, या उससे भी छोटी संरचनाएं - प्राथमिक कण।
अणुओं के आकार का अनुमान।अणुओं के अस्तित्व की वास्तविकता में पूर्ण विश्वास के लिए, उनके आकार को निर्धारित करना आवश्यक है।
आइए हम अणुओं के आकार का अनुमान लगाने के लिए अपेक्षाकृत सरल विधि पर विचार करें। यह ज्ञात है कि जैतून के तेल की एक बूंद को पानी की सतह पर फैलाना असंभव है ताकि यह 1 से अधिक के क्षेत्र पर कब्जा कर ले। यह माना जा सकता है कि जब तेल अधिकतम क्षेत्र में फैलता है, तो यह केवल एक अणु की मोटाई के साथ एक परत बनाता है। इस परत की मोटाई निर्धारित करना आसान है और इस प्रकार जैतून के तेल के अणु के आकार का अनुमान लगाया जाता है।
आइए हम मानसिक रूप से आयतन के घन को क्षेत्रफल की वर्गाकार परतों में काटें ताकि वे क्षेत्र को कवर कर सकें (चित्र 2)। ऐसी परतों की संख्या बराबर होगी: तेल की परत की मोटाई, और इसलिए जैतून के तेल के अणु का आकार, परतों की संख्या से 0.1 सेमी के घन के किनारे को विभाजित करके पाया जा सकता है: सेमी।
आयनिक प्रोजेक्टर।वर्तमान में, परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व को साबित करने के सभी संभावित तरीकों की गणना करने की आवश्यकता नहीं है। आधुनिक उपकरण व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं की छवियों का निरीक्षण करना संभव बनाते हैं। कक्षा VI के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक में, एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से ली गई एक तस्वीर है, जिसमें आप एक सोने के क्रिस्टल की सतह पर अलग-अलग परमाणुओं की व्यवस्था देख सकते हैं।
लेकिन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप एक बहुत ही जटिल उपकरण है। हम एक बहुत ही सरल उपकरण से परिचित होंगे जो हमें व्यक्तिगत परमाणुओं की छवियों को प्राप्त करने और उनके आकार का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। इस उपकरण को आयन प्रोजेक्टर या आयन माइक्रोस्कोप कहा जाता है। इसे निम्नानुसार व्यवस्थित किया गया है: लगभग 10 सेमी की त्रिज्या वाले गोलाकार बर्तन के केंद्र में, टंगस्टन सुई का बिंदु स्थित होता है (चित्र 3)। टिप की वक्रता त्रिज्या को आधुनिक धातु प्रौद्योगिकी के साथ जितना संभव हो उतना छोटा बनाया गया है - लगभग 5-10 6 सेमी। गोले की आंतरिक सतह एक पतली प्रवाहकीय परत से ढकी होती है, जो एक टेलीविजन ट्यूब स्क्रीन की तरह, नीचे चमक सकती है तेज कणों का प्रभाव। सकारात्मक चार्ज टिप और नकारात्मक चार्ज प्रवाहकीय परत के बीच कई सौ वोल्ट का वोल्टेज बनाया जाता है। बर्तन 100 Pa (0.75 mm Hg) के निम्न दाब पर हीलियम से भर जाता है।
बिंदु की सतह पर टंगस्टन परमाणु सूक्ष्म "धक्कों" (चित्र 4) का निर्माण करते हैं। बेतरतीब ढंग से आने पर
टंगस्टन परमाणुओं के साथ हिलियम परमाणु, एक विद्युत क्षेत्र, विशेष रूप से टिप की सतह पर परमाणुओं के पास मजबूत, हीलियम परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को फाड़ देता है और इन परमाणुओं को आयनों में बदल देता है। हीलियम आयन धनावेशित सिरे से विकर्षित होते हैं और गोले की त्रिज्या के साथ तेज गति से चलते हैं। गोले की सतह से टकराने पर, आयन इसे चमकने का कारण बनते हैं। नतीजतन, स्क्रीन पर टंगस्टन परमाणुओं की नोक पर व्यवस्था की एक विस्तृत तस्वीर दिखाई देती है (चित्र 5)। स्क्रीन पर चमकीले धब्बे अलग-अलग परमाणुओं की छवियां हैं।
प्रोजेक्टर का आवर्धन - परमाणुओं की छवियों के बीच की दूरी का अनुपात स्वयं परमाणुओं के बीच की दूरी - पोत के त्रिज्या के टिप के त्रिज्या के अनुपात के बराबर हो जाता है और दो मिलियन तक पहुंच जाता है। इसलिए व्यक्तिगत परमाणुओं को देखना संभव है।
एक आयन प्रोजेक्टर का उपयोग करके निर्धारित टंगस्टन परमाणु का व्यास लगभग सेमी हो जाता है। अन्य तरीकों से पाए जाने वाले परमाणुओं के आकार लगभग समान होते हैं। कई परमाणुओं से मिलकर बने अणुओं के आकार स्वाभाविक रूप से बड़े होते हैं।
प्रत्येक साँस के साथ, आप अपने फेफड़ों में इतने सारे अणुओं को पकड़ लेते हैं कि यदि वे सभी साँस छोड़ने के बाद पृथ्वी के वायुमंडल में समान रूप से वितरित हो जाते हैं, तो ग्रह के प्रत्येक निवासी को दो अणु प्राप्त होंगे जो साँस लेने के दौरान आपके फेफड़ों में थे।
>>भौतिकी: आणविक गतिज सिद्धांत के मूल सिद्धांत। अणु आकार
अणु बहुत छोटे होते हैं, लेकिन देखें कि उनके आकार और द्रव्यमान का अनुमान लगाना कितना आसान है। एक अवलोकन और कुछ सरल गणनाएँ पर्याप्त हैं। सच है, हमें अभी भी यह पता लगाने की जरूरत है कि यह कैसे करना है।
पदार्थ की संरचना का आणविक-गतिज सिद्धांत तीन कथनों पर आधारित है: पदार्थ कणों से बना है; ये कण बेतरतीब ढंग से चलते हैं; कण एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं. प्रत्येक दावे को प्रयोगों द्वारा कड़ाई से सिद्ध किया जाता है।
बिना किसी अपवाद के सभी पिंडों के गुण और व्यवहार, सिलिअट्स से लेकर सितारों तक, एक दूसरे के साथ बातचीत करने वाले कणों की गति से निर्धारित होते हैं: अणु, परमाणु, या यहां तक कि छोटे गठन - प्राथमिक कण।
अणुओं के आकार का अनुमान।अणुओं के अस्तित्व के बारे में पूरी तरह से सुनिश्चित होने के लिए, उनके आकार को निर्धारित करना आवश्यक है।
ऐसा करने का सबसे आसान तरीका यह है कि पानी की सतह पर तेल की एक बूंद, जैसे कि जैतून का तेल, के फैलने का निरीक्षण करें। यदि बर्तन बड़ा है तो तेल कभी भी पूरी सतह पर कब्जा नहीं करेगा ( अंजीर.8.1) 1 मिमी 3 की एक बूंद को फैलाना असंभव है ताकि यह 0.6 मीटर 2 से अधिक के सतह क्षेत्र पर कब्जा कर ले। यह माना जा सकता है कि जब तेल अधिकतम क्षेत्र में फैलता है, तो यह केवल एक अणु की मोटाई के साथ एक परत बनाता है - एक "मोनोमोलेक्यूलर परत"। इस परत की मोटाई निर्धारित करना आसान है और इस प्रकार जैतून के तेल के अणु के आकार का अनुमान लगाया जाता है।
मात्रा वीतेल की परत इसके सतह क्षेत्र के उत्पाद के बराबर होती है एसमोटाई के लिए डीपरत, यानी वी = एसडी. इसलिए, जैतून के तेल के अणु का आकार है:
अब परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व को सिद्ध करने के सभी संभावित तरीकों की गणना करने की आवश्यकता नहीं है। आधुनिक उपकरण व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं की छवियों को देखना संभव बनाते हैं। चित्र 8.2 एक सिलिकॉन वेफर की सतह का एक माइक्रोग्राफ दिखाता है, जहां धक्कों व्यक्तिगत सिलिकॉन परमाणु होते हैं। इस तरह की छवियों को पहली बार 1981 में साधारण ऑप्टिकल नहीं, बल्कि जटिल टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त करना सीखा गया था।
जैतून के तेल सहित अणु, परमाणुओं से बड़े होते हैं। किसी भी परमाणु का व्यास लगभग 10 -8 सेमी के बराबर होता है।ये आयाम इतने छोटे होते हैं कि इनकी कल्पना करना कठिन होता है। ऐसे मामलों में, तुलना का उपयोग किया जाता है।
उनमें से एक यहां पर है। यदि उंगलियों को मुट्ठी में बांधकर ग्लोब के आकार तक बढ़ा दिया जाता है, तो परमाणु, उसी आवर्धन पर, मुट्ठी के आकार का हो जाएगा।
अणुओं की संख्या।बहुत छोटे आकार के अणुओं के साथ, किसी भी स्थूल पिंड में उनकी संख्या बहुत अधिक होती है। आइए हम 1 ग्राम के द्रव्यमान के साथ पानी की एक बूंद में अणुओं की अनुमानित संख्या की गणना करें और इसलिए, 1 सेमी 3 की मात्रा।
एक पानी के अणु का व्यास लगभग 3 10 -8 सेमी है। यह मानते हुए कि अणुओं की घनी पैकिंग के साथ प्रत्येक पानी का अणु एक आयतन (3 10 -8 सेमी) 3 पर कब्जा कर लेता है, आप एक बूंद में अणुओं की संख्या को विभाजित करके पा सकते हैं आयतन के हिसाब से आयतन (1 सेमी 3) गिराएँ, प्रति अणु:
प्रत्येक साँस के साथ, आप इतने सारे अणुओं को पकड़ लेते हैं कि यदि उन सभी को साँस छोड़ने के बाद पृथ्वी के वायुमंडल में समान रूप से वितरित किया जाता है, तो ग्रह के प्रत्येक निवासी को दो या तीन अणु प्राप्त होंगे जो साँस लेने के दौरान आपके फेफड़ों में थे।
परमाणु के आयाम छोटे होते हैं: .
आणविक-गतिज सिद्धांत के तीन मुख्य प्रावधानों पर बार-बार चर्चा की जाएगी।
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1. जैतून के तेल के अणु के आकार का अनुमान लगाने के लिए क्या माप लेना चाहिए?
2. यदि एक परमाणु को एक खसखस (0.1 मिमी) के आकार तक बढ़ाना होता है, तो दाने के आकार का अनाज समान आवर्धन पर किस आकार तक पहुंचेगा?
3. आपके लिए ज्ञात अणुओं के अस्तित्व के प्रमाणों की सूची बनाएं जिनका उल्लेख पाठ में नहीं किया गया है।
जी.वाई.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी ग्रेड 10
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आणविक-गतिज सिद्धांत - किसी रासायनिक पदार्थ के सबसे छोटे कणों के रूप में परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व की अवधारणा का उपयोग करते हुए, पदार्थ की संरचना और गुणों का सिद्धांत। एमसीटी तीन कथनों पर आधारित है जो प्रयोगों द्वारा कड़ाई से सिद्ध होते हैं:
पदार्थ में कण होते हैं - परमाणु और अणु, जिनके बीच अंतराल होते हैं;
ये कण अराजक गति में हैं, जिसकी गति तापमान से प्रभावित होती है;
कण आपस में परस्पर क्रिया करते हैं।
तथ्य यह है कि एक पदार्थ में वास्तव में अणु होते हैं, उनके आकार को निर्धारित करके साबित किया जा सकता है: तेल की एक बूंद पानी की सतह पर फैलती है, एक परत बनाती है जिसकी मोटाई अणु के व्यास के बराबर होती है। 1 मिमी 3 की मात्रा वाली एक बूंद 0.6 मीटर 2 से अधिक नहीं फैल सकती है:
आधुनिक उपकरण (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, आयन प्रोजेक्टर) व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं को देखना संभव बनाते हैं।
अणुओं की परस्पर क्रिया के बल। ए) बातचीत प्रकृति में विद्युत चुम्बकीय है; बी) कम दूरी के बल अणुओं के आकार की तुलना में दूरी पर पाए जाते हैं; सी) ऐसी दूरी होती है जब आकर्षण और प्रतिकर्षण बल बराबर होते हैं (आर 0), यदि आर> आर 0, तो आकर्षण बल प्रबल होते हैं यदि आर एक प्रयोग में आणविक आकर्षण बलों की क्रिया का पता चलता है जिसमें सीसा सिलेंडर अपनी सतहों को साफ करने के बाद एक साथ चिपके रहते हैं। एक ठोस में अणु और परमाणु उन स्थितियों के बारे में यादृच्छिक दोलन करते हैं जिनमें पड़ोसी परमाणुओं से आकर्षण और प्रतिकर्षण बल संतुलित होते हैं। एक तरल में, अणु न केवल संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन करते हैं, बल्कि एक संतुलन स्थिति से दूसरी तक कूदते हैं, ये आणविक छलांग तरल की तरलता का कारण हैं, एक पोत का रूप लेने की क्षमता। गैसों में, आमतौर पर परमाणुओं और अणुओं के बीच की दूरी, अणुओं के आयामों की तुलना में औसतन बहुत अधिक होती है; प्रतिकारक बल बड़ी दूरी पर कार्य नहीं करते हैं, इसलिए गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं; गैस के अणुओं के बीच व्यावहारिक रूप से कोई आकर्षक बल नहीं होते हैं, इसलिए गैसों में अनिश्चित काल तक विस्तार करने का गुण होता है। किसी भी पदार्थ में कण होते हैं, इसलिए किसी पदार्थ की मात्रा को कणों की संख्या के समानुपाती माना जाता है। किसी पदार्थ की मात्रा का मात्रक मोल होता है। एक मोल एक निकाय के पदार्थ की मात्रा के बराबर होता है जिसमें उतने ही कण होते हैं जितने कि 0.012 किग्रा कार्बन में परमाणु होते हैं। अणुओं की संख्या और पदार्थ की मात्रा के अनुपात को अवोगाद्रो स्थिरांक कहते हैं: अवोगाद्रो स्थिरांक है। यह दर्शाता है कि किसी पदार्थ के एक मोल में कितने परमाणु या अणु होते हैं। किसी पदार्थ की मात्रा को किसी पदार्थ के परमाणुओं या अणुओं की संख्या और अवोगाद्रो स्थिरांक के अनुपात के रूप में पाया जा सकता है: मोलर द्रव्यमान किसी पदार्थ के द्रव्यमान और पदार्थ की मात्रा के अनुपात के बराबर मात्रा है: मोलर द्रव्यमान को अणु के द्रव्यमान के रूप में व्यक्त किया जा सकता है: अणुओं के द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए, आपको किसी पदार्थ के द्रव्यमान को उसमें अणुओं की संख्या से विभाजित करना होगा: ब्राउनियन गति गैस या तरल में निलंबित कणों की तापीय गति है। अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (1773 - 1858) ने 1827 में एक तरल में सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से दिखाई देने वाले ठोस कणों की यादृच्छिक गति की खोज की। इस घटना को ब्राउनियन गति कहा गया है। यह आंदोलन रुकता नहीं है; बढ़ते तापमान के साथ इसकी तीव्रता बढ़ जाती है। ब्राउनियन गति दबाव के उतार-चढ़ाव (माध्य मान से ध्यान देने योग्य विचलन) का परिणाम है। एक कण की ब्राउनियन गति का कारण यह है कि कण पर तरल अणुओं का प्रभाव एक दूसरे को रद्द नहीं करता है। एक विरल गैस में अणुओं के बीच की दूरी उनके आकार से कई गुना अधिक होती है। इस मामले में, अणुओं के बीच की बातचीत नगण्य है और अणुओं की गतिज ऊर्जा उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा से बहुत अधिक है। गैसीय अवस्था में किसी पदार्थ के गुणों की व्याख्या करने के लिए वास्तविक गैस के स्थान पर उसके भौतिक मॉडल - एक आदर्श गैस का प्रयोग किया जाता है। मॉडल मानता है: अणुओं के बीच की दूरी उनके व्यास से थोड़ी अधिक है; अणु लोचदार गेंदें हैं; अणुओं के बीच कोई आकर्षक बल नहीं होते हैं; जब अणु एक दूसरे से और बर्तन की दीवारों से टकराते हैं, तो प्रतिकारक बल कार्य करते हैं; आणविक गति यांत्रिकी के नियमों का पालन करती है। एक आदर्श गैस के एमकेटी का मूल समीकरण है: एमकेटी का मूल समीकरण गैस के दबाव की गणना करना संभव बनाता है यदि अणु का द्रव्यमान, वेग के वर्ग का औसत मूल्य और अणुओं की एकाग्रता ज्ञात हो। एक आदर्श गैस का दबाव इस तथ्य में निहित है कि अणु, जब बर्तन की दीवारों से टकराते हैं, तो यांत्रिकी के नियमों के अनुसार लोचदार निकायों के रूप में उनके साथ बातचीत करते हैं। जब कोई अणु बर्तन की दीवार से टकराता है, तो अक्ष OX पर वेग सदिश के वेग v x का प्रक्षेपण, दीवार के लंबवत, इसके संकेत को विपरीत दिशा में बदल देता है, लेकिन निरपेक्ष मान में स्थिर रहता है। टक्कर के दौरान, न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, अणु दीवार पर एक बल F 2 के साथ कार्य करता है जो बल F 1 के निरपेक्ष मान के बराबर होता है और विपरीत दिशा में निर्देशित होता है। एक आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण (मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण)। यूनिवर्सल गैस स्थिरांक: इसके अणुओं और तापमान की सांद्रता पर गैस के दबाव की निर्भरता के आधार पर, एक समीकरण प्राप्त किया जा सकता है जो सभी तीन मैक्रोस्कोपिक मापदंडों से संबंधित है: दबाव, आयतन और तापमान, जो पर्याप्त रूप से दुर्लभ गैस के दिए गए द्रव्यमान की स्थिति की विशेषता है। इस समीकरण को राज्य का आदर्श गैस समीकरण कहा जाता है। सार्वत्रिक गैस नियतांक कहाँ होता है गैस के दिए गए द्रव्यमान के लिए, इसलिए क्लैपेरॉन समीकरण। तीसरे पैरामीटर के निश्चित मान के लिए दो गैस मापदंडों के बीच मात्रात्मक संबंधों को गैस कानून कहा जाता है। और मापदंडों में से एक के निरंतर मूल्य पर होने वाली प्रक्रियाएं आइसोप्रोसेस हैं। इज़ोटेर्मल प्रक्रिया - एक स्थिर तापमान पर मैक्रोस्कोपिक निकायों की थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया। किसी दिए गए द्रव्यमान की गैस के लिए, गैस के दबाव और उसके आयतन का गुणनफल स्थिर होता है यदि गैस का तापमान नहीं बदलता है। - बॉयल का नियम - मैरियट। आइसोकोरिक प्रक्रिया - स्थिर मात्रा में मैक्रोस्कोपिक निकायों के थर्मोडायनामिक सिस्टम की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया। किसी दिए गए द्रव्यमान की गैस के लिए, दबाव और तापमान का अनुपात स्थिर होता है यदि गैस का आयतन नहीं बदलता है। चार्ल्स का कानून। आइसोबैरिक प्रक्रिया - स्थिर दबाव पर मैक्रोस्कोपिक निकायों की थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया। किसी दिए गए द्रव्यमान की गैस के लिए, तापमान और आयतन का अनुपात स्थिर होता है यदि गैस का दबाव नहीं बदलता है। - गे-लुसाक का नियम। जब दो या दो से अधिक परमाणु एक दूसरे के साथ रासायनिक बंधन में प्रवेश करते हैं, तो अणु बनते हैं। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि ये परमाणु एक जैसे हैं या आकार और आकार दोनों में एक दूसरे से बिल्कुल अलग हैं। हम यह पता लगाएंगे कि अणुओं का आकार क्या है और यह किस पर निर्भर करता है। सहस्राब्दियों से, वैज्ञानिकों ने जीवन के रहस्य के बारे में अनुमान लगाया है कि इसके मूल में वास्तव में क्या होता है। सबसे प्राचीन संस्कृतियों के अनुसार, इस दुनिया में जीवन और सब कुछ प्रकृति के मूल तत्वों से बना है - पृथ्वी, वायु, वायु, जल और अग्नि। हालांकि, समय के साथ, कई दार्शनिकों ने इस विचार को आगे बढ़ाना शुरू कर दिया कि सभी चीजें छोटी, अविभाज्य चीजों से बनी हैं जिन्हें बनाया और नष्ट नहीं किया जा सकता है। यह परमाणु सिद्धांत और आधुनिक रसायन विज्ञान के आगमन तक नहीं था, हालांकि, वैज्ञानिकों ने यह मानना शुरू किया कि एक साथ लिए गए कणों ने सभी चीजों के बुनियादी निर्माण खंडों को जन्म दिया। इस तरह यह शब्द प्रकट हुआ, जो आधुनिक कण सिद्धांत के संदर्भ में द्रव्यमान की सबसे छोटी इकाइयों को संदर्भित करता है। इसकी शास्त्रीय परिभाषा के अनुसार, एक अणु किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण होता है जो उसके रासायनिक और भौतिक गुणों को बनाए रखने में मदद करता है। इसमें दो या दो से अधिक परमाणु होते हैं, साथ ही एक ही या अलग-अलग परमाणुओं के समूह रासायनिक बलों द्वारा एक साथ होते हैं। अणुओं का आकार क्या है? 5 वीं कक्षा में, प्राकृतिक इतिहास (एक स्कूल विषय) केवल आकार और आकार का एक सामान्य विचार देता है, इस मुद्दे का हाई स्कूल के रसायन विज्ञान के पाठों में अधिक विस्तार से अध्ययन किया जाता है। अणु सरल या जटिल हो सकते हैं। यहां कुछ उदाहरण दिए गए हैं: दो या दो से अधिक तत्वों से बने अणु यौगिक कहलाते हैं। तो, पानी, कैल्शियम ऑक्साइड और ग्लूकोज मिश्रित हैं। सभी यौगिक अणु नहीं होते हैं, लेकिन सभी अणु यौगिक होते हैं। वे कितने बड़े हो सकते हैं? अणु का आकार क्या है? यह एक ज्ञात तथ्य है कि हमारे चारों ओर लगभग हर चीज में परमाणु होते हैं (प्रकाश और ध्वनि को छोड़कर)। उनका कुल भार अणु का द्रव्यमान होगा। अणुओं के आकार के बारे में बात करते समय, अधिकांश वैज्ञानिक आणविक भार से शुरू करते हैं। यह इसके सभी घटक परमाणुओं का कुल भार है: द्रव्यमान के अलावा, हम यह भी माप सकते हैं कि नैनोमीटर में कितने बड़े अणु हैं। पानी की एक इकाई लगभग 0.27 एनएम है। डीएनए 2 एनएम तक है और लंबाई में कई मीटर तक फैल सकता है। यह कल्पना करना कठिन है कि ऐसे आयाम एक सेल में कैसे फिट हो सकते हैं। डीएनए की लंबाई-से-मोटाई का अनुपात अद्भुत है। यह 1/100,000,000 है, जो एक मानव बाल की तरह एक फुटबॉल मैदान की लंबाई है। अणुओं का आकार क्या है? वे विभिन्न आकृतियों और आकारों में आते हैं। पानी और कार्बन डाइऑक्साइड सबसे छोटे हैं, प्रोटीन सबसे बड़े हैं। अणु परमाणुओं से बने तत्व होते हैं जो एक दूसरे से जुड़े होते हैं। अणुओं की उपस्थिति को समझना परंपरागत रूप से रसायन विज्ञान का हिस्सा है। उनके अतुलनीय रूप से अजीब रासायनिक व्यवहार के अलावा, अणुओं की महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक उनका आकार है। यह जानने के लिए विशेष रूप से उपयोगी कहां हो सकता है कि बड़े अणु कितने हैं? इस और कई अन्य सवालों के जवाब नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में मदद करते हैं, क्योंकि नैनोरोबोट्स और स्मार्ट सामग्री की अवधारणा अनिवार्य रूप से आणविक आकार और आकार के प्रभावों से संबंधित है। ग्रेड 5 में, इस विषय पर प्राकृतिक इतिहास केवल सामान्य जानकारी देता है कि सभी अणु परमाणुओं से बने होते हैं जो निरंतर यादृच्छिक गति में होते हैं। हाई स्कूल में, आप पहले से ही रसायन विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों में संरचनात्मक सूत्र देख सकते हैं जो अणुओं के वास्तविक आकार से मिलते जुलते हैं। हालांकि, एक साधारण शासक के साथ उनकी लंबाई को मापना असंभव है, और ऐसा करने के लिए, आपको यह जानना होगा कि अणु त्रि-आयामी वस्तुएं हैं। कागज पर उनकी छवि द्वि-आयामी विमान पर एक प्रक्षेपण है। एक अणु की लंबाई उसके कोणों की लंबाई के बंधों द्वारा बदल जाती है। तीन मुख्य हैं: वास्तविक कोण अक्सर इन कोणों से भिन्न होते हैं क्योंकि इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन सहित विभिन्न प्रभावों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। अणुओं का आकार क्या है? कक्षा 5 में, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, इस प्रश्न के उत्तर सामान्य प्रकृति के हैं। स्कूली बच्चे जानते हैं कि इन कनेक्शनों का आकार बहुत छोटा होता है। उदाहरण के लिए, यदि आप रेत के एक दाने में रेत के एक अणु को रेत के पूरे दाने में बदल देते हैं, तो परिणामी द्रव्यमान के तहत आप पांच मंजिलों वाले घर को छिपा सकते हैं। अणुओं का आकार क्या है? संक्षिप्त उत्तर, जो अधिक वैज्ञानिक भी है, इस प्रकार है। आणविक भार पूरे पदार्थ के द्रव्यमान के अनुपात में अणुओं की संख्या के अनुपात के बराबर होता है, या दाढ़ द्रव्यमान का अनुपात अवोगैड्रो स्थिरांक के अनुपात के बराबर होता है। माप की इकाई किलोग्राम है। औसत आणविक भार 10 -23 -10 -26 किग्रा है। उदाहरण के लिए, आइए पानी लें। इसका आणविक भार 3 x 10 -26 किग्रा होगा। अणुओं के बीच आकर्षण के लिए जिम्मेदार विद्युत चुम्बकीय बल है, जो समान आवेशों के विपरीत और प्रतिकर्षण के आकर्षण के माध्यम से प्रकट होता है। विपरीत आवेशों के बीच मौजूद इलेक्ट्रोस्टैटिक बल परमाणुओं और अणुओं के बीच की बातचीत पर हावी होता है। इस मामले में गुरुत्वाकर्षण बल इतना छोटा है कि इसकी उपेक्षा की जा सकती है। इस मामले में, अणु के इलेक्ट्रॉनों के वितरण के दौरान होने वाली यादृच्छिक विकृतियों के इलेक्ट्रॉन बादल के माध्यम से अणु का आकार आकर्षण बल को प्रभावित करता है। गैर-ध्रुवीय कणों के मामले में केवल कमजोर वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन या फैलाव बल प्रदर्शित करते हैं, अणुओं के आकार का निर्दिष्ट अणु के आसपास के इलेक्ट्रॉन बादल के आकार पर सीधा प्रभाव पड़ता है। यह जितना बड़ा होता है, उतना ही बड़ा आवेशित क्षेत्र इसके चारों ओर होता है। एक बड़े इलेक्ट्रॉन बादल का मतलब है कि पड़ोसी अणुओं के बीच अधिक इलेक्ट्रॉनिक बातचीत हो सकती है। नतीजतन, अणु का एक हिस्सा एक अस्थायी सकारात्मक आंशिक चार्ज विकसित करता है, जबकि दूसरा हिस्सा एक नकारात्मक चार्ज विकसित करता है। जब ऐसा होता है, तो अणु पड़ोसी के इलेक्ट्रॉन बादल का ध्रुवीकरण कर सकता है। आकर्षण इसलिए होता है क्योंकि एक अणु का आंशिक सकारात्मक पक्ष दूसरे के आंशिक नकारात्मक पक्ष की ओर आकर्षित होता है। तो अणुओं का आकार क्या है? प्राकृतिक विज्ञान में, जैसा कि हमने पाया, कोई केवल इन सबसे छोटे कणों के द्रव्यमान और आकार का एक आलंकारिक विचार पा सकता है। लेकिन हम जानते हैं कि सरल और जटिल यौगिक होते हैं। और दूसरे में मैक्रोमोलेक्यूल जैसी चीज शामिल हो सकती है। यह एक बहुत बड़ी इकाई है, जैसे कि प्रोटीन, जो आमतौर पर छोटे सबयूनिट्स (मोनोमर्स) के पोलीमराइजेशन द्वारा बनाई जाती है। वे आमतौर पर हजारों या अधिक परमाणुओं से बने होते हैं। कई प्रयोग बताते हैं कि अणु आकारबहुत छोटे से। एक अणु या परमाणु का रैखिक आकार विभिन्न तरीकों से पाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की मदद से, कुछ बड़े अणुओं की तस्वीरें ली गईं, और एक आयन प्रोजेक्टर (आयन माइक्रोस्कोप) की मदद से, कोई न केवल क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन कर सकता है, बल्कि व्यक्तिगत परमाणुओं के बीच की दूरी भी निर्धारित कर सकता है। एक अणु में। आधुनिक प्रायोगिक प्रौद्योगिकी की उपलब्धियों का उपयोग करके, सरल परमाणुओं और अणुओं के रैखिक आयामों को निर्धारित करना संभव था, जो लगभग 10-8 सेमी हैं।जटिल परमाणुओं और अणुओं के रैखिक आयाम बहुत बड़े हैं। उदाहरण के लिए, एक प्रोटीन अणु का आकार 43*10 -8 सेमी है। परमाणुओं को चिह्नित करने के लिए, परमाणु त्रिज्या की अवधारणा का उपयोग किया जाता है, जिससे अणुओं, तरल पदार्थों या ठोस पदार्थों में अंतर-परमाणु दूरी का अनुमान लगाना संभव हो जाता है, क्योंकि परमाणुओं के आकार में स्पष्ट सीमाएं नहीं होती हैं। अर्थात परमाणु का आधा घेरा- यह एक ऐसा गोला है जिसमें एक परमाणु के इलेक्ट्रॉन घनत्व का मुख्य भाग संलग्न होता है (कम से कम 90 ... 95%)। एक अणु का आकार इतना छोटा होता है कि इसे केवल तुलना द्वारा ही दर्शाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक पानी का अणु एक बड़े सेब से कई गुना छोटा होता है, एक सेब ग्लोब से कितने गुना छोटा होता है। व्यक्तिगत अणुओं और परमाणुओं का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, इसलिए गणना में निरपेक्ष द्रव्यमान मूल्यों के बजाय सापेक्ष का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक होता है। सापेक्ष आणविक भार(या सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान) पदार्थ M r किसी दिए गए पदार्थ के अणु (या परमाणु) के द्रव्यमान का कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 से अनुपात है। एम आर \u003d (एम 0) : (एम 0 सी / 12) जहां एम 0 किसी दिए गए पदार्थ के अणु (या परमाणु) का द्रव्यमान है, एम 0 सी कार्बन परमाणु का द्रव्यमान है। किसी पदार्थ का सापेक्ष आणविक (या परमाणु) द्रव्यमान दर्शाता है कि किसी पदार्थ के अणु का द्रव्यमान C 12 कार्बन समस्थानिक के द्रव्यमान के 1/12 से कितनी गुना अधिक है। सापेक्ष आणविक (परमाणु) द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। परमाण्विक भार इकाईकार्बन समस्थानिक C 12 के द्रव्यमान का 1/12 है। सटीक माप से पता चला कि परमाणु द्रव्यमान इकाई 1.660 * 10 -27 किग्रा है, अर्थात 1 अमु = 1.660 * 10-27 किलो किसी पदार्थ के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान की गणना पदार्थ के अणु को बनाने वाले तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को जोड़कर की जा सकती है। रासायनिक तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में डी.आई. द्वारा दर्शाया गया है। मेंडेलीव। आवधिक प्रणाली में डी.आई. प्रत्येक तत्व के लिए मेंडेलीव इंगित किया गया है परमाणु भार, जिसे परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (amu) में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम का परमाणु द्रव्यमान 24.305 amu है, अर्थात मैग्नीशियम कार्बन से दोगुना भारी है, क्योंकि कार्बन का परमाणु द्रव्यमान 12 amu है। (यह इस तथ्य से अनुसरण करता है कि कार्बन समस्थानिक के द्रव्यमान का 1 amu = 1/12 जो कार्बन परमाणु का अधिकांश भाग बनाता है)। अगर ग्राम और किलोग्राम हैं तो अमू में अणुओं और परमाणुओं के द्रव्यमान को क्यों मापें? बेशक, आप इन इकाइयों का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह लिखने के लिए बहुत असुविधाजनक होगा (द्रव्यमान को लिखने के लिए बहुत अधिक संख्याओं का उपयोग करना होगा)। किसी तत्व का द्रव्यमान किलोग्राम में ज्ञात करने के लिए उस तत्व के परमाणु द्रव्यमान को 1 amu से गुणा करें। परमाणु द्रव्यमान आवर्त सारणी के अनुसार पाया जाता है (तत्व के अक्षर पदनाम के दाईं ओर लिखा जाता है)। उदाहरण के लिए, एक मैग्नीशियम परमाणु का भार किलोग्राम में होगा: एम 0एमजी = 24.305 * 1 पूर्वाह्न = 24.305 * 1.660 * 10-27 = 40.3463 * 10-27 किग्रा अणु के द्रव्यमान की गणना अणु बनाने वाले तत्वों के द्रव्यमान को जोड़कर की जा सकती है। उदाहरण के लिए, पानी के अणु (H2O) का द्रव्यमान बराबर होगा: मी 0H2O \u003d 2 * m 0H + m 0O \u003d 2 * 1.00794 + 15.9994 \u003d 18.0153 a.e.m. = 29.905 * 10 -27 किग्रा तिलप्रणाली के पदार्थ की मात्रा के बराबर है, जिसमें उतने ही अणु होते हैं जितने कि 0.012 किग्रा कार्बन सी 12 में परमाणु होते हैं। यानी अगर हमारे पास किसी पदार्थ के साथ एक प्रणाली है, और इस प्रणाली में इस पदार्थ के उतने ही अणु हैं जितने कि 0.012 किलो कार्बन में परमाणु हैं, तो हम कह सकते हैं कि इस प्रणाली में हमारे पास है पदार्थ का 1 मोल. पदार्थ की मात्राकिसी दिए गए पिंड में अणुओं की संख्या और 0.012 किग्रा कार्बन में परमाणुओं की संख्या के अनुपात के बराबर है, अर्थात किसी पदार्थ के 1 मोल में अणुओं की संख्या। = एन / एन ए जहां एन किसी दिए गए शरीर में अणुओं की संख्या है, एन ए पदार्थ के 1 मोल में अणुओं की संख्या है जो शरीर को बनाता है। N A अवोगाद्रो नियतांक है। किसी पदार्थ की मात्रा मोल्स में मापी जाती है। अवोगाद्रो स्थिरांककिसी पदार्थ के 1 मोल में अणुओं या परमाणुओं की संख्या है। इस स्थिरांक को इसका नाम इतालवी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी के सम्मान में मिला एमेडियो अवोगाद्रो (1776 – 1856). किसी भी पदार्थ के 1 मोल में कणों की संख्या समान होती है। एन ए \u003d 6.02 * 10 23 मोल -1 अणु भारएक मोल की मात्रा में लिए गए पदार्थ का द्रव्यमान है: μ = एम 0 * एन ए जहाँ m 0 अणु का द्रव्यमान है। मोलर द्रव्यमान किलोग्राम प्रति मोल (kg/mol = kg*mol-1) में व्यक्त किया जाता है। मोलर द्रव्यमान संबंध द्वारा सापेक्ष आणविक द्रव्यमान से संबंधित है: μ \u003d 10 -3 * एम आर [किलो * मोल -1] पदार्थ m की किसी भी मात्रा का द्रव्यमान अणुओं की संख्या द्वारा एक अणु m 0 के द्रव्यमान के गुणनफल के बराबर होता है: एम = एम 0 एन = एम 0 एन ए ν = μν किसी पदार्थ की मात्रा पदार्थ के द्रव्यमान और उसके दाढ़ द्रव्यमान के अनुपात के बराबर होती है: = एम / μ किसी पदार्थ के एक अणु का द्रव्यमान ज्ञात किया जा सकता है यदि दाढ़ द्रव्यमान और अवोगाद्रो स्थिरांक ज्ञात हो: एम 0 = एम / एन = एम / νएन ए = μ / एन ए द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके परमाणुओं और अणुओं के द्रव्यमान का अधिक सटीक निर्धारण प्राप्त किया जाता है - एक उपकरण जिसमें आवेशित कणों का एक बीम विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके उनके आवेश द्रव्यमान के आधार पर अंतरिक्ष में अलग हो जाता है। उदाहरण के लिए, आइए मैग्नीशियम परमाणु का दाढ़ द्रव्यमान ज्ञात करें। जैसा कि हमने ऊपर पाया, मैग्नीशियम परमाणु का द्रव्यमान m0Mg = 40.3463 * 10 -27 किग्रा है। तब दाढ़ द्रव्यमान होगा: μ \u003d एम 0 एमजी * एन ए \u003d 40.3463 * 10 -27 * 6.02 * 10 23 \u003d 2.4288 * 10 -2 किग्रा / मोल यानी एक मोल में 2.4288 * 10 -2 किलो मैग्नीशियम "फिट" होता है। खैर, या लगभग 24.28 ग्राम। जैसा कि आप देख सकते हैं, दाढ़ द्रव्यमान (ग्राम में) आवर्त सारणी में तत्व के लिए इंगित परमाणु द्रव्यमान के लगभग बराबर है। इसलिए, जब वे परमाणु द्रव्यमान का संकेत देते हैं, तो वे आमतौर पर ऐसा करते हैं: मैग्नीशियम का परमाणु द्रव्यमान 24.305 amu है। (जी/मोल)।2. अणुओं का द्रव्यमान और आकार। अवोगाद्रो स्थिरांक
3. ब्राउनियन गति और आदर्श गैस
अणु क्या हैं?
अणु उदाहरण
मॉलिक्यूलर मास्स
नैनोमीटर में मापन
आकृति और आकार
अणुओं का आकार क्या है?
अणुओं के आकार की कल्पना कैसे करें: उदाहरण
अणु का आकार आकर्षक बलों को कैसे प्रभावित करता है?
निष्कर्ष
पदार्थ का तिल
अवोगाद्रो स्थिरांक