Մոլեկուլների զանգվածը և չափը. Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական դրույթները

Նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային-կինետիկ տեսությունը հիմնված է երեք դիրքերի վրա, որոնցից յուրաքանչյուրն ապացուցված է փորձերի միջոցով. նյութը բաղկացած է մասնիկներից; այս մասնիկները շարժվում են պատահականորեն; մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ.

Մարմինների հատկությունները և վարքագիծը, սկսած մթնոլորտի վերին շերտի հազվադեպ գազերից մինչև Երկրի վրա պինդ մարմիններով, ինչպես նաև մոլորակների և աստղերի գերխիտ միջուկները, որոշվում են միմյանց հետ փոխազդող մասնիկների շարժումով, որոնք կազմում են բոլորը: մարմիններ՝ մոլեկուլներ, ատոմներ կամ նույնիսկ ավելի փոքր գոյացություններ՝ տարրական մասնիկներ։

Մոլեկուլների չափերի գնահատում.Մոլեկուլների գոյության իրականության նկատմամբ լիակատար վստահության համար անհրաժեշտ է որոշել դրանց չափերը։

Եկեք դիտարկենք մոլեկուլների չափը գնահատելու համեմատաբար պարզ մեթոդ: Հայտնի է, որ անհնար է ստիպել ձիթապտղի յուղի կաթիլը տարածվել ջրի մակերեսին, որպեսզի այն զբաղեցնի 1-ից ավելի տարածք: Կարելի է ենթադրել, որ երբ ձեթը տարածվում է առավելագույն մակերեսի վրա, կազմում է միայն մեկ մոլեկուլի հաստությամբ շերտ։ Հեշտ է որոշել այս շերտի հաստությունը և այդպիսով գնահատել ձիթապտղի յուղի մոլեկուլի չափը:

Եկեք մտովի կտրենք ծավալի խորանարդը քառակուսի շերտերի, որպեսզի նրանք կարողանան ծածկել տարածքը (նկ. 2): Նման շերտերի թիվը հավասար կլինի հետևյալի. Յուղային շերտի հաստությունը և, հետևաբար, ձիթապտղի յուղի մոլեկուլի չափը կարելի է գտնել՝ 0,1 սմ խորանարդի եզրը բաժանելով շերտերի թվի վրա՝ սմ։

Իոնային պրոյեկտոր.Ներկայումս կարիք չկա թվարկել ատոմների և մոլեկուլների գոյությունն ապացուցելու բոլոր հնարավոր ուղիները։ Ժամանակակից գործիքները հնարավորություն են տալիս դիտարկել առանձին ատոմների և մոլեկուլների պատկերները։ Ֆիզիկայի VI դասարանի դասագրքում կա էլեկտրոնային մանրադիտակով արված լուսանկար, որում կարող եք տեսնել առանձին ատոմների դասավորությունը ոսկու բյուրեղի մակերեսին։

Բայց էլեկտրոնային մանրադիտակը շատ բարդ սարք է։ Մենք կծանոթանանք շատ ավելի պարզ սարքի, որը թույլ է տալիս ստանալ առանձին ատոմների պատկերներ և գնահատել դրանց չափերը։ Այս սարքը կոչվում է իոնային պրոյեկտոր կամ իոնային մանրադիտակ: Այն դասավորված է հետևյալ կերպ՝ մոտ 10 սմ շառավղով գնդաձև անոթի կենտրոնում գտնվում է վոլֆրամի ասեղի կետը (նկ. 3)։ Ծայրի կորության շառավիղը հնարավորինս փոքր է կատարվում ժամանակակից մետաղամշակման տեխնոլոգիայով՝ մոտ 5-10 6 սմ: Գնդի ներքին մակերեսը ծածկված է բարակ հաղորդիչ շերտով, որը կարող է, ինչպես հեռուստացույցի խողովակի էկրանը, փայլել տակի տակ: արագ մասնիկների ազդեցությունը. Դրական լիցքավորված ծայրի և բացասական լիցքավորված հաղորդիչ շերտի միջև ստեղծվում է մի քանի հարյուր վոլտ լարում։ Նավը լցված է հելիումով 100 Պա (0,75 մմ Hg) ցածր ճնշման դեպքում:

Կետի մակերեսին վոլֆրամի ատոմները մանրադիտակային «խոպոպներ» են կազմում (նկ. 4): Պատահականորեն մոտենալու դեպքում

Հելիումի ատոմները վոլֆրամի ատոմներով շարժվող էլեկտրական դաշտը, որը հատկապես ուժեղ է ծայրի մակերեսին մոտ գտնվող ատոմների մոտ, պոկում է էլեկտրոնները հելիումի ատոմներից և այդ ատոմները վերածում իոնների: Հելիումի իոնները վանվում են դրական լիցքավորված ծայրից և մեծ արագությամբ շարժվում են ոլորտի շառավիղներով։ Գնդի մակերեսին բախվելով՝ իոններն առաջացնում են նրա փայլը։ Արդյունքում էկրանին հայտնվում է ծայրի վրա վոլֆրամի ատոմների դասավորության ընդլայնված պատկերը (նկ. 5): Էկրանի վառ կետերը առանձին ատոմների պատկերներ են:

Պրոյեկտորի խոշորացումը՝ ատոմների պատկերների միջև եղած հեռավորության հարաբերակցությունը հենց ատոմների միջև եղած հեռավորությանը, պարզվում է, որ հավասար է նավի շառավիղի հարաբերակցությանը ծայրի շառավղին և հասնում է երկու միլիոնի։ Այդ իսկ պատճառով հնարավոր է առանձին ատոմներ տեսնել։

Վոլֆրամի ատոմի տրամագիծը, որը որոշվում է իոնային պրոյեկտորի միջոցով, պարզվում է, որ մոտավորապես սմ է, իսկ այլ մեթոդներով հայտնաբերված ատոմների չափերը մոտավորապես նույնն են։ Բազմաթիվ ատոմներից բաղկացած մոլեկուլների չափերը բնականաբար ավելի մեծ են։

Յուրաքանչյուր ինհալացիայով դուք այնքան շատ մոլեկուլներ եք գրավում ձեր թոքերի մեջ, որ եթե արտաշնչելուց հետո դրանք բոլորը հավասարապես բաշխվեին Երկրի մթնոլորտում, ապա մոլորակի յուրաքանչյուր բնակիչ կստանա երկու մոլեկուլ, որոնք ձեր թոքերում էին ինհալացիայի ժամանակ:

>> Ֆիզիկա. Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմունքներ: Մոլեկուլների չափերը

Մոլեկուլները շատ փոքր են, բայց տեսեք, թե որքան հեշտ է գնահատել դրանց չափն ու զանգվածը: Բավական է մեկ դիտարկում և մի երկու պարզ հաշվարկ. Ճիշտ է, մենք դեռ պետք է հասկանանք, թե ինչպես դա անել:
Նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային-կինետիկ տեսությունը հիմնված է երեք պնդումների վրա. նյութը կազմված է մասնիկներից; այս մասնիկները շարժվում են պատահականորեն; մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ. Յուրաքանչյուր պնդում խստորեն ապացուցված է փորձերով։
Առանց բացառության բոլոր մարմինների հատկությունները և վարքը՝ թարթիչավորներից մինչև աստղեր, որոշվում են միմյանց հետ փոխազդող մասնիկների՝ մոլեկուլների, ատոմների կամ նույնիսկ ավելի փոքր գոյացությունների՝ տարրական մասնիկների շարժումով:
Մոլեկուլների չափերի գնահատում.Մոլեկուլների գոյության մեջ լիովին վստահ լինելու համար անհրաժեշտ է որոշել դրանց չափերը։
Դա անելու ամենահեշտ ձևը ջրի երեսին մի կաթիլ յուղի, օրինակ՝ ձիթապտղի յուղի, տարածումը դիտելն է: Յուղը երբեք չի զբաղեցնի ամբողջ մակերեսը, եթե անոթը մեծ է ( նկ.8.1): Անհնար է 1 մմ 3 կաթիլ տարածել այնպես, որ այն զբաղեցնի ավելի քան 0,6 մ 2 մակերես: Կարելի է ենթադրել, որ երբ նավթը տարածվում է առավելագույն տարածքի վրա, այն ձևավորում է միայն մեկ մոլեկուլի հաստությամբ շերտ՝ «մոնոմոլեկուլային շերտ»։ Հեշտ է որոշել այս շերտի հաստությունը և այդպիսով գնահատել ձիթապտղի յուղի մոլեկուլի չափը:

Ծավալը Վնավթի շերտը հավասար է իր մակերեսի արտադրանքին Սհաստության համար դշերտ, այսինքն. V=Sd. Այսպիսով, ձիթապտղի յուղի մոլեկուլի չափը հետևյալն է.

Այժմ կարիք չկա թվարկել ատոմների և մոլեկուլների գոյությունն ապացուցելու բոլոր հնարավոր ուղիները։ Ժամանակակից գործիքները հնարավորություն են տալիս տեսնել առանձին ատոմների և մոլեկուլների պատկերներ։ Նկար 8.2-ը ցույց է տալիս սիլիցիումի վաֆլի մակերևույթի միկրոգրաֆիկը, որտեղ բշտիկները սիլիցիումի առանձին ատոմներ են: Առաջին անգամ նման պատկերներ ստացվել են 1981 թվականին՝ օգտագործելով ոչ սովորական օպտիկական, այլ բարդ թունելային մանրադիտակներ։

Մոլեկուլները, ներառյալ ձիթապտղի յուղը, ավելի մեծ են, քան ատոմները: Ցանկացած ատոմի տրամագիծը մոտավորապես հավասար է 10 -8 սմ:Այս չափերը այնքան փոքր են, որ դժվար է պատկերացնել դրանք: Նման դեպքերում օգտագործվում են համեմատություններ։
Ահա դրանցից մեկը. Եթե ​​մատները սեղմված լինեն բռունցքի մեջ և մեծացվեն գլոբուսի չափով, ապա ատոմը, նույն խոշորացմամբ, կդառնա բռունցքի չափ:
Մոլեկուլների քանակը.Շատ փոքր չափերի մոլեկուլների դեպքում նրանց թիվը ցանկացած մակրոսկոպիկ մարմնում հսկայական է: Եկեք հաշվարկենք մոլեկուլների մոտավոր թիվը մեկ կաթիլ ջրի մեջ, որի զանգվածը 1 գ է և, հետևաբար, 1 սմ 3 ծավալը:
Ջրի մոլեկուլի տրամագիծը մոտավորապես 3 10 -8 սմ է: Ենթադրելով, որ յուրաքանչյուր ջրի մոլեկուլ մոլեկուլների խիտ փաթեթով զբաղեցնում է ծավալ (3 10 -8 սմ) 3, կարող եք գտնել մոլեկուլների թիվը մեկ կաթիլում` բաժանելով կաթիլ ծավալը (1 սմ 3) ըստ ծավալի, մեկ մոլեկուլի համար.

Յուրաքանչյուր ինհալացիայով դուք գրավում եք այնքան մոլեկուլներ, որ եթե արտաշնչելուց հետո բոլորը հավասարապես բաշխվեն Երկրի մթնոլորտում, ապա մոլորակի յուրաքանչյուր բնակիչ կստանա երկու կամ երեք մոլեկուլ, որոնք եղել են ձեր թոքերում ինհալացիայի ժամանակ:
Ատոմի չափերը փոքր են՝ .
Մոլեկուլյար-կինետիկ տեսության երեք հիմնական դրույթները կքննարկվեն բազմիցս։

???
1. Ի՞նչ չափումներ պետք է կատարվեն ձիթապտղի յուղի մոլեկուլի չափը գնահատելու համար:
2. Եթե ատոմը մեծանա մինչև կակաչի հատիկի չափը (0,1 մմ), ապա մարմնի ինչ չափի կհասնի հատիկը նույն խոշորացմամբ:
3. Թվարկե՛ք ձեզ հայտնի մոլեկուլների գոյության ապացույցները, որոնք նշված չեն տեքստում։

Գ.Յա.Մյակիշև, Բ.Բ.Բուխովցև, Ն.Ն.Սոցկի, Ֆիզիկա 10-րդ դասարան

Դասի բովանդակությունը դասի ամփոփումաջակցություն շրջանակային դասի ներկայացման արագացուցիչ մեթոդներ ինտերակտիվ տեխնոլոգիաներ Պրակտիկա առաջադրանքներ և վարժություններ ինքնաքննության սեմինարներ, թրեյնինգներ, դեպքեր, որոնումներ տնային առաջադրանքների քննարկման հարցեր հռետորական հարցեր ուսանողներից Նկարազարդումներ աուդիո, տեսահոլովակներ և մուլտիմեդիալուսանկարներ, նկարներ գրաֆիկա, աղյուսակներ, սխեմաներ հումոր, անեկդոտներ, կատակներ, կոմիքսներ առակներ, ասացվածքներ, խաչբառեր, մեջբերումներ Հավելումներ վերացականներհոդվածներ չիպսեր հետաքրքրասեր խաբեբա թերթիկների համար դասագրքեր հիմնական և լրացուցիչ տերմինների բառարան այլ Դասագրքերի և դասերի կատարելագործումուղղել դասագրքի սխալներըԴասագրքի նորարարության տարրերի թարմացում դասագրքում՝ հնացած գիտելիքները նորերով փոխարինելով Միայն ուսուցիչների համար կատարյալ դասերքննարկման ծրագրի տարվա մեթոդական առաջարկությունների օրացուցային պլան Ինտեգրված դասեր

Եթե ​​ունեք ուղղումներ կամ առաջարկություններ այս դասի համար,

Մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն - նյութի կառուցվածքի և հատկությունների ուսմունք՝ օգտագործելով ատոմների և մոլեկուլների գոյության հայեցակարգը՝ որպես քիմիական նյութի ամենափոքր մասնիկներ։ MCT-ն հիմնված է երեք պնդումների վրա, որոնք խստորեն ապացուցված են փորձերով.

Նյութը բաղկացած է մասնիկներից՝ ատոմներից և մոլեկուլներից, որոնց միջև կան բացեր.

Այս մասնիկները գտնվում են քաոսային շարժման մեջ, որի արագության վրա ազդում է ջերմաստիճանը.

Մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ:

Այն, որ նյութն իսկապես բաղկացած է մոլեկուլներից, կարելի է ապացուցել՝ որոշելով դրանց չափերը. նավթի կաթիլը տարածվում է ջրի մակերևույթի վրա՝ ձևավորելով շերտ, որի հաստությունը հավասար է մոլեկուլի տրամագծին: 1 մմ 3 ծավալով կաթիլը չի ​​կարող տարածվել ավելի քան 0,6 մ 2:

Ժամանակակից գործիքները (էլեկտրոնային մանրադիտակ, իոնային պրոյեկտոր) հնարավորություն են տալիս տեսնել առանձին ատոմներ և մոլեկուլներ։

Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը. ա) փոխազդեցությունն իր բնույթով էլեկտրամագնիսական է. բ) մոլեկուլների չափերին համեմատելի հեռավորությունների վրա հայտնաբերվում են փոքր հեռահարության ուժեր. գ) կա այդպիսի հեռավորություն, երբ ձգողականության և վանման ուժերը հավասար են (R 0), եթե R> R 0, ապա ձգողական ուժերը գերակշռում են, եթե R.

Մոլեկուլային ձգողականության ուժերի գործողությունը բացահայտվում է կապարե բալոնների հետ կապված փորձի ժամանակ, որոնց մակերեսները մաքրելուց հետո:

Պինդ մարմնի մոլեկուլները և ատոմները պատահական տատանումներ են կատարում այն ​​դիրքերի վերաբերյալ, որոնցում հարևան ատոմներից ձգող և վանող ուժերը հավասարակշռված են: Հեղուկի մեջ մոլեկուլները ոչ միայն տատանվում են հավասարակշռության դիրքի շուրջ, այլև ցատկում են մի հավասարակշռության դիրքից մյուսը, այս մոլեկուլային թռիչքները հեղուկի հեղուկության, անոթի ձև ստանալու ունակության պատճառն են: Գազերում, սովորաբար, ատոմների և մոլեկուլների միջև հեռավորությունները միջինում շատ ավելի մեծ են, քան մոլեկուլների չափերը. վանող ուժերը մեծ հեռավորությունների վրա չեն գործում, ուստի գազերը հեշտությամբ սեղմվում են. Գազի մոլեկուլների միջև գործնականում չկան գրավիչ ուժեր, հետևաբար գազերն ունեն անորոշ ժամանակով ընդլայնվելու հատկություն:

2. Մոլեկուլների զանգվածը և չափը. Ավոգադրո հաստատուն

Ցանկացած նյութ բաղկացած է մասնիկներից, հետևաբար նյութի քանակությունը համարվում է մասնիկների քանակին համաչափ։ Նյութի քանակի միավորը մոլն է։ Մոլը հավասար է համակարգի նյութի քանակին, որը պարունակում է այնքան մասնիկներ, որքան ատոմներ կան 0,012 կգ ածխածնի մեջ։

Մոլեկուլների քանակի և նյութի քանակի հարաբերակցությունը կոչվում է Ավոգադրոյի հաստատուն.

Ավոգադրոյի հաստատունն է. Այն ցույց է տալիս, թե քանի ատոմ կամ մոլեկուլ կա նյութի մեկ մոլում:

Նյութի քանակությունը կարելի է գտնել որպես նյութի ատոմների կամ մոլեկուլների քանակի հարաբերակցություն Ավոգադրոյի հաստատունին.

Մոլային զանգվածը մի մեծություն է, որը հավասար է նյութի զանգվածի և նյութի քանակի հարաբերությանը.

Մոլորային զանգվածը կարող է արտահայտվել մոլեկուլի զանգվածով.

Մոլեկուլների զանգվածը որոշելու համար անհրաժեշտ է նյութի զանգվածը բաժանել դրանում գտնվող մոլեկուլների թվով.

3. Բրոունյան շարժում և իդեալական գազ

Բրաունյան շարժումը գազի կամ հեղուկի մեջ կախված մասնիկների ջերմային շարժումն է։ Անգլիացի բուսաբան Ռոբերտ Բրաունը (1773 - 1858) 1827 թվականին հայտնաբերել է հեղուկի մեջ մանրադիտակով տեսանելի պինդ մասնիկների պատահական շարժումը։ Այս երևույթը կոչվում է Բրոունյան շարժում։ Այս շարժումը չի դադարում. ջերմաստիճանի բարձրացման հետ նրա ինտենսիվությունը մեծանում է: Բրաունյան շարժումը ճնշման տատանումների արդյունք է (նկատելի շեղում միջին արժեքից)։

Մասնիկի բրոունյան շարժման պատճառն այն է, որ հեղուկի մոլեկուլների ազդեցությունը մասնիկի վրա միմյանց չի ջնջում:

Հազվագյուտ գազերում մոլեկուլների միջև հեռավորությունը շատ անգամ ավելի մեծ է, քան դրանց չափը: Այս դեպքում մոլեկուլների փոխազդեցությունը աննշան է, և մոլեկուլների կինետիկ էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան նրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան։

Գազային վիճակում գտնվող նյութի հատկությունները բացատրելու համար իրական գազի փոխարեն օգտագործվում է նրա ֆիզիկական մոդելը՝ իդեալական գազ։ Մոդելը ենթադրում է.

մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մի փոքր ավելի մեծ է, քան դրանց տրամագիծը.

մոլեկուլները առաձգական գնդիկներ են;

մոլեկուլների միջև չկան գրավիչ ուժեր.

երբ մոլեկուլները բախվում են միմյանց և նավի պատերին, գործում են վանող ուժեր.

Մոլեկուլային շարժումը ենթարկվում է մեխանիկայի օրենքներին:

Իդեալական գազի MKT-ի հիմնական հավասարումը հետևյալն է.

MKT-ի հիմնական հավասարումը հնարավորություն է տալիս հաշվարկել գազի ճնշումը, եթե հայտնի են մոլեկուլի զանգվածը, արագության քառակուսու միջին արժեքը և մոլեկուլների կոնցենտրացիան։

Իդեալական գազի ճնշումը կայանում է նրանում, որ մոլեկուլները անոթի պատերին բախվելիս փոխազդում են նրանց հետ մեխանիկայի օրենքների համաձայն՝ որպես առաձգական մարմիններ։ Երբ մոլեկուլը բախվում է նավի պատին, արագության վեկտորի vx արագության ելքը պատին ուղղահայաց OX առանցքի վրա փոխում է իր նշանը հակառակի վրա, բայց բացարձակ արժեքով մնում է հաստատուն։ Բախման ժամանակ, ըստ Նյուտոնի երրորդ օրենքի, մոլեկուլը պատի վրա գործում է F 2 ուժով, որը բացարձակ արժեքով հավասար է F 1 ուժին և ուղղված է հակառակը։

Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը (Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարում). Ունիվերսալ գազի հաստատուն.

Ելնելով գազի ճնշման կախվածությունից նրա մոլեկուլների կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից՝ կարելի է հավասարում ստանալ, որը վերաբերում է բոլոր երեք մակրոսկոպիկ պարամետրերին՝ ճնշում, ծավալ և ջերմաստիճան, որոնք բնութագրում են բավականաչափ հազվագյուտ գազի տվյալ զանգվածի վիճակը: Այս հավասարումը կոչվում է վիճակի իդեալական գազի հավասարում։

Որտեղ է գազի համընդհանուր հաստատունը

գազի տրված զանգվածի համար, հետևաբար

Կլապեյրոնի հավասարումը.

Գազի երկու պարամետրերի քանակական հարաբերությունները երրորդ պարամետրի ֆիքսված արժեքի համար կոչվում են գազի օրենքներ: Իսկ պարամետրերից մեկի հաստատուն արժեքով տեղի ունեցող գործընթացները իզոպրոցեսներ են։

Իզոթերմային պրոցես - մակրոսկոպիկ մարմինների թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի փոփոխման գործընթաց մշտական ​​ջերմաստիճանում։

Տվյալ զանգվածի գազի համար գազի ճնշման և դրա ծավալի արտադրյալը հաստատուն է, եթե գազի ջերմաստիճանը չի փոխվում։ - Բոյլի օրենքը - Մարիոտ:

Իզոխորիկ պրոցես - մակրոսկոպիկ մարմինների թերմոդինամիկական համակարգի վիճակը հաստատուն ծավալով փոխելու գործընթաց։

Տվյալ զանգվածի գազի համար ճնշման և ջերմաստիճանի հարաբերակցությունը հաստատուն է, եթե գազի ծավալը չի ​​փոխվում։ Չարլզի օրենքը.

Իզոբարային պրոցես - մակրոսկոպիկ մարմինների թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի փոփոխման գործընթաց մշտական ​​ճնշման տակ:

Տվյալ զանգվածի գազի համար ծավալի և ջերմաստիճանի հարաբերությունը հաստատուն է, եթե գազի ճնշումը չի փոխվում։ - Գեյ-Լյուսակի օրենքը.

Երբ երկու կամ ավելի ատոմներ մտնում են միմյանց հետ քիմիական կապերի մեջ, առաջանում են մոլեկուլներ։ Կարևոր չէ՝ այս ատոմները նույնն են, թե դրանք բոլորովին տարբեր են միմյանցից թե՛ ձևով, թե՛ չափսով։ Մենք կպարզենք, թե որն է մոլեկուլների չափը և ինչից է դա կախված:

Ի՞նչ են մոլեկուլները:

Հազարամյակներ շարունակ գիտնականները ենթադրություններ են արել կյանքի առեղծվածի մասին, այն մասին, թե կոնկրետ ինչ է տեղի ունենում դրա սկզբում: Ըստ ամենահին մշակույթների՝ կյանքը և ամեն ինչ այս աշխարհում բաղկացած է բնության հիմնական տարրերից՝ հողից, օդից, քամուց, ջրից և կրակից: Այնուամենայնիվ, ժամանակի ընթացքում շատ փիլիսոփաներ սկսեցին առաջ քաշել այն գաղափարը, որ բոլոր իրերը կազմված են փոքրիկ, անբաժանելի իրերից, որոնք հնարավոր չէ ստեղծել և ոչնչացնել:

Այնուամենայնիվ, միայն ատոմային տեսության և ժամանակակից քիմիայի ի հայտ գալը, գիտնականները սկսեցին ենթադրել, որ մասնիկները միասին վերցրած առաջ են բերում բոլոր իրերի հիմնական կառուցողական բլոկները: Այսպես առաջացավ տերմինը, որը ժամանակակից մասնիկների տեսության համատեքստում վերաբերում է զանգվածի ամենափոքր միավորներին։

Իր դասական սահմանմամբ՝ մոլեկուլը նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որն օգնում է պահպանել իր քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները։ Այն բաղկացած է երկու կամ ավելի ատոմներից, ինչպես նաև միևնույն կամ տարբեր ատոմների խմբերից, որոնք միմյանց հետ պահում են քիմիական ուժերը։

Որքա՞ն է մոլեկուլների չափը: 5-րդ դասարանում բնական պատմությունը (դպրոցական առարկան) տալիս է միայն ընդհանուր պատկերացում չափերի և ձևերի մասին, այս հարցն ավելի մանրամասն ուսումնասիրվում է ավագ դպրոցի քիմիայի դասերին։

Մոլեկուլային օրինակներ

Մոլեկուլները կարող են լինել պարզ կամ բարդ: Ահա մի քանի օրինակներ.

• H 2 O (ջուր);
• N 2 (ազոտ);
• O 3 (օզոն);
• CaO (կալցիումի օքսիդ);
• C 6 H 12 O 6 (գլյուկոզա):

Երկու կամ ավելի տարրերից կազմված մոլեկուլները կոչվում են միացություններ: Այսպիսով, ջուրը, կալցիումի օքսիդը և գլյուկոզան կոմպոզիտային են: Ոչ բոլոր միացություններն են մոլեկուլներ, բայց բոլոր մոլեկուլները միացություններ են: Որքա՞ն մեծ կարող են լինել դրանք: Որքա՞ն է մոլեկուլի չափը: Հայտնի փաստ է, որ մեզ շրջապատող գրեթե ամեն ինչ բաղկացած է ատոմներից (բացի լույսից և ձայնից): Նրանց ընդհանուր քաշը կկազմի մոլեկուլի զանգվածը։

Մոլեկուլային զանգված

Երբ խոսում են մոլեկուլների չափերի մասին, գիտնականների մեծ մասը սկսում է մոլեկուլային քաշից։ Սա նրա բոլոր բաղկացուցիչ ատոմների ընդհանուր քաշն է.

• Ջուրը, որը կազմված է ջրածնի երկու ատոմներից (ունեն մեկ ատոմային զանգվածի միավոր) և մեկ թթվածնի ատոմից (16 ատոմային զանգվածի միավոր), ունի 18 (ավելի ճիշտ՝ 18.01528) մոլեկուլային զանգված։
• Գլյուկոզան ունի 180 մոլեկուլային քաշ:
• ԴՆԹ-ն, որը շատ երկար է, կարող է ունենալ մոտ 1010 մոլեկուլային քաշ (մեկ մարդու քրոմոսոմի մոտավոր քաշը):

Չափումը նանոմետրերով

Բացի զանգվածից, մենք կարող ենք նաև չափել, թե որքան մեծ են մոլեկուլները նանոմետրերով: Ջրի միավորի տրամագիծը մոտ 0,27 Նմ է: ԴՆԹ-ն ունի մինչև 2 նմ լայնություն և կարող է ձգվել մինչև մի քանի մետր երկարություն: Դժվար է պատկերացնել, թե ինչպես կարող են նման չափսերը տեղավորվել մեկ խցում։ ԴՆԹ-ի երկարության և հաստության հարաբերակցությունը զարմանալի է: Այն 1/100,000,000 է, որը նման է ֆուտբոլի դաշտի երկարության մարդու մազերին։

Ձևեր և չափսեր

Որքա՞ն է մոլեկուլների չափը: Նրանք գալիս են տարբեր ձևերի և չափերի: Ջուրն ու ածխաթթու գազը ամենափոքրերից են, սպիտակուցները՝ ամենամեծերից։ Մոլեկուլները միմյանց հետ կապված ատոմներից կազմված տարրեր են։ Մոլեկուլների արտաքին տեսքը հասկանալը ավանդաբար քիմիայի մի մասն է: Բացի նրանց անհասկանալի տարօրինակ քիմիական վարքագծից, մոլեկուլների կարևոր բնութագրիչներից մեկը դրանց չափերն են։

Որտե՞ղ կարող է հատկապես օգտակար լինել իմանալ, թե որքան մեծ են մոլեկուլները: Այս և շատ այլ հարցերի պատասխանն օգնում է նանոտեխնոլոգիայի ոլորտում, քանի որ նանոռոբոտների և խելացի նյութերի հայեցակարգը անպայմանորեն վերաբերում է մոլեկուլային չափի և ձևի ազդեցությանը:

Որքա՞ն է մոլեկուլների չափը:

5-րդ դասարանում այս թեմայով բնական պատմությունը տալիս է միայն ընդհանուր տեղեկություններ, որ բոլոր մոլեկուլները կազմված են մշտական ​​պատահական շարժման մեջ գտնվող ատոմներից: Ավագ դպրոցում քիմիայի դասագրքերում արդեն կարելի է տեսնել կառուցվածքային բանաձևեր, որոնք նման են մոլեկուլների իրական ձևին: Սակայն դրանց երկարությունը սովորական քանոնով հնարավոր չէ չափել, իսկ դա անելու համար պետք է իմանալ, որ մոլեկուլները եռաչափ առարկաներ են։ Թղթի վրա նրանց պատկերը պրոյեկցիա է երկչափ հարթության վրա: Մոլեկուլի երկարությունը փոխվում է նրա անկյունների երկարությունների կապերով։ Կան երեք հիմնական.

• Տետրաեդրոնի անկյունը 109° է, երբ այս ատոմի բոլոր կապերը բոլոր մյուս ատոմների հետ մեկ են (միայն մեկ գծիկ):
• Վեցանկյունի անկյունը 120° է, երբ մի ատոմ ունի մեկ կրկնակի կապ մյուս ատոմի հետ։
• Գծի անկյունը 180° է, երբ ատոմն ունի կամ երկու կրկնակի կապ կամ մեկ եռակի կապ մեկ այլ ատոմի հետ:

Իրական անկյունները հաճախ տարբերվում են այս անկյուններից, քանի որ պետք է հաշվի առնել մի շարք էֆեկտներ, ներառյալ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունները:

Ինչպես պատկերացնել մոլեկուլների չափը. օրինակներ

Որքա՞ն է մոլեկուլների չափը: 5-րդ դասարանում այս հարցի պատասխանները, ինչպես արդեն ասացինք, ընդհանուր բնույթ են կրում։ Դպրոցականները գիտեն, որ այդ կապերի չափերը շատ փոքր են։ Օրինակ, եթե մեկ ավազահատիկի մեջ ավազի մոլեկուլը վերածեք ավազի ամբողջական հատիկի, ապա ստացված զանգվածի տակ կարող եք հինգ հարկանի տուն թաքցնել: Որքա՞ն է մոլեկուլների չափը: Կարճ պատասխանը, որը նույնպես ավելի գիտական ​​է, հետևյալն է.

Մոլեկուլային քաշը հավասարվում է ամբողջ նյութի զանգվածի հարաբերակցությանը նյութի մոլեկուլների թվին կամ մոլային զանգվածի հարաբերությանը Ավոգադրոյի հաստատունին։ Չափման միավորը կիլոգրամն է։ Միջին մոլեկուլային զանգվածը 10 -23 -10 -26 կգ է։ Վերցնենք, օրինակ, ջուրը։ Նրա մոլեկուլային քաշը կլինի 3 x 10 -26 կգ։

Ինչպե՞ս է մոլեկուլի չափը ազդում գրավիչ ուժերի վրա:

Մոլեկուլների միջև ներգրավման համար պատասխանատու է էլեկտրամագնիսական ուժը, որն արտահայտվում է հակադիր լիցքերի ձգման և նմանատիպ լիցքերի վանման միջոցով։ Հակառակ լիցքերի միջև գոյություն ունեցող էլեկտրաստատիկ ուժը գերակշռում է ատոմների և մոլեկուլների միջև փոխազդեցությունների վրա: Ձգողության ուժն այս դեպքում այնքան փոքր է, որ կարելի է անտեսել:

Այս դեպքում մոլեկուլի չափը ազդում է մոլեկուլի էլեկտրոնների բաշխման ժամանակ տեղի ունեցող պատահական աղավաղումների էլեկտրոնային ամպի միջոցով ներգրավման ուժի վրա։ Այն դեպքում, երբ ոչ բևեռային մասնիկները ցուցադրում են միայն թույլ վան դեր Վալսի փոխազդեցություններ կամ ցրման ուժեր, մոլեկուլների չափերն ուղղակիորեն ազդում են նշված մոլեկուլը շրջապատող էլեկտրոնային ամպի չափի վրա: Որքան մեծ է այն, այնքան մեծ է լիցքավորված դաշտը, որը շրջապատում է այն:

Ավելի մեծ էլեկտրոնային ամպ նշանակում է, որ ավելի շատ էլեկտրոնային փոխազդեցություններ կարող են տեղի ունենալ հարևան մոլեկուլների միջև: Արդյունքում մոլեկուլի մի մասում առաջանում է ժամանակավոր դրական մասնակի լիցք, իսկ մյուս մասը՝ բացասական։ Երբ դա տեղի ունենա, մոլեկուլը կարող է բևեռացնել հարևան ամպի էլեկտրոնային ամպը: Ներգրավումը տեղի է ունենում, քանի որ մի մոլեկուլի մասնակի դրական կողմը ձգվում է մյուսի մասնակի բացասական կողմով:

Եզրակացություն

Այսպիսով, ո՞րն է մոլեկուլների չափը: Բնական գիտության մեջ, ինչպես պարզեցինք, կարելի է միայն պատկերավոր պատկերացում գտնել այս ամենափոքր մասնիկների զանգվածի և չափի մասին: Բայց մենք գիտենք, որ կան պարզ և բարդ միացություններ։ Իսկ երկրորդը կարող է ներառել այնպիսի բան, ինչպիսին է մակրոմոլեկուլը։ Այն շատ մեծ միավոր է, ինչպիսին է սպիտակուցը, որը սովորաբար առաջանում է ավելի փոքր ենթամիավորների (մոնոմերների) պոլիմերացման արդյունքում։ Դրանք սովորաբար կազմված են հազարավոր կամ ավելի ատոմներից։

Շատ փորձեր դա ցույց են տալիս մոլեկուլի չափըշատ փոքր. Մոլեկուլի կամ ատոմի գծային չափը կարելի է գտնել տարբեր ձևերով։ Օրինակ՝ էլեկտրոնային մանրադիտակի օգնությամբ արվել են որոշ խոշոր մոլեկուլների լուսանկարներ, իսկ իոնային պրոյեկտորի (իոնային մանրադիտակի) օգնությամբ կարելի է ոչ միայն ուսումնասիրել բյուրեղների կառուցվածքը, այլև որոշել առանձին ատոմների միջև եղած հեռավորությունը։ մոլեկուլում:

Օգտագործելով ժամանակակից փորձարարական տեխնոլոգիաների ձեռքբերումները՝ հնարավոր եղավ որոշել պարզ ատոմների և մոլեկուլների գծային չափերը, որոնք կազմում են մոտ 10-8 սմ, բարդ ատոմների և մոլեկուլների գծային չափերը շատ ավելի մեծ են։ Օրինակ՝ սպիտակուցի մոլեկուլի չափը 43*10 -8 սմ է։

Ատոմները բնութագրելու համար օգտագործվում է ատոմային շառավիղների հասկացությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս մոտավորապես գնահատել միջատոմային հեռավորությունները մոլեկուլներում, հեղուկներում կամ պինդ մարմիններում, քանի որ ատոմները չունեն հստակ սահմաններ իրենց չափերով: այսինքն ատոմային շառավիղ- սա մի ոլորտ է, որում ընդգրկված է ատոմի էլեկտրոնային խտության հիմնական մասը (առնվազն 90 ... 95%):

Մոլեկուլի չափն այնքան փոքր է, որ այն կարելի է ներկայացնել միայն համեմատություններով։ Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլը մի քանի անգամ փոքր է մեծ խնձորից, քանի՞ անգամ է փոքր խնձորը գլոբուսից։

նյութի մոլ

Առանձին մոլեկուլների և ատոմների զանգվածները շատ փոքր են, ուստի ավելի հարմար է հաշվարկներում օգտագործել հարաբերական, քան բացարձակ զանգվածային արժեքներ:

Հարաբերական մոլեկուլային քաշը(կամ հարաբերական ատոմային զանգված) նյութեր M r-ը տվյալ նյութի մոլեկուլի (կամ ատոմի) զանգվածի հարաբերությունն է ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ին։

M r \u003d (m 0) : (m 0C / 12)

որտեղ m 0-ը տվյալ նյութի մոլեկուլի (կամ ատոմի) զանգվածն է, m 0C՝ ածխածնի ատոմի զանգվածը։

Նյութի հարաբերական մոլեկուլային (կամ ատոմային) զանգվածը ցույց է տալիս, թե նյութի մոլեկուլի զանգվածը քանի անգամ է մեծ C 12 ածխածնի իզոտոպի զանգվածի 1/12-ից։ Հարաբերական մոլեկուլային (ատոմային) զանգվածը արտահայտվում է ատոմային զանգվածի միավորներով։

Ատոմային զանգվածի միավորածխածնի C 12 իզոտոպի զանգվածի 1/12-ն է։ Ճշգրիտ չափումները ցույց են տվել, որ ատոմային զանգվածի միավորը 1,660 * 10 -27 կգ է, այսինքն.

1 ամու = 1,660 * 10 -27 կգ

Նյութի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը կարելի է հաշվարկել՝ ավելացնելով նյութի մոլեկուլը կազմող տարրերի հարաբերական ատոմային զանգվածները։ Քիմիական տարրերի հարաբերական ատոմային զանգվածը քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում նշվում է Դ.Ի. Մենդելեևը։

Պարբերական համակարգում Դ.Ի. Մենդելեևը յուրաքանչյուր տարրի համար նշվում է ատոմային զանգված, որը չափվում է ատոմային զանգվածի միավորներով (ամու)։ Օրինակ՝ մագնեզիումի ատոմային զանգվածը 24,305 ամու է, այսինքն՝ մագնեզիումը երկու անգամ ավելի ծանր է, քան ածխածինը, քանի որ ածխածնի ատոմային զանգվածը 12 ամու է։ (սա բխում է այն փաստից, որ 1 ամու = ածխածնի իզոտոպի զանգվածի 1/12-ը, որը կազմում է ածխածնի ատոմի մեծ մասը):

Ինչու՞ չափել մոլեկուլների և ատոմների զանգվածը ամուում, եթե կան գրամներ և կիլոգրամներ: Իհարկե, դուք կարող եք օգտագործել այս միավորները, բայց գրելու համար դա շատ անհարմար կլինի (զանգվածը գրելու համար չափազանց շատ թվեր պետք է օգտագործվեն): Տարրի զանգվածը կիլոգրամներով գտնելու համար տարրի ատոմային զանգվածը բազմապատկեք 1 ամուով: Ատոմային զանգվածը հայտնաբերվում է ըստ պարբերական աղյուսակի (գրված է տարրի տառի նշման աջ կողմում): Օրինակ, մագնեզիումի ատոմի քաշը կիլոգրամներով կլինի.

m 0Mg = 24,305 * 1 a.e.m. = 24,305 * 1,660 * 10 -27 = 40,3463 * 10 -27 կգ

Մոլեկուլի զանգվածը կարելի է հաշվարկել՝ ավելացնելով մոլեկուլը կազմող տարրերի զանգվածները։ Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլի զանգվածը (H 2 O) հավասար կլինի.

m 0H2O \u003d 2 * m 0H + m 0O \u003d 2 * 1,00794 + 15,9994 \u003d 18,0153 a.e.m. = 29,905 * 10 -27 կգ

խալհավասար է համակարգի նյութի քանակին, որը պարունակում է այնքան մոլեկուլ, որքան ատոմներ կան 0,012 կգ ածխածնի C 12-ում։ Այսինքն, եթե մենք ունենք համակարգ ինչ-որ նյութով, և այս համակարգում այս նյութի այնքան մոլեկուլ կա, որքան ատոմներ կան 0,012 կգ ածխածնի մեջ, ապա կարող ենք ասել, որ այս համակարգում ունենք. 1 մոլ նյութ.

Ավոգադրո հաստատուն

Նյութի քանակությունըν-ը հավասար է տվյալ մարմնի մոլեկուլների թվի հարաբերությունին 0,012 կգ ածխածնի ատոմների թվին, այսինքն՝ նյութի 1 մոլում մոլեկուլների քանակին։

ν = N / N Ա

որտեղ N-ը տվյալ մարմնի մոլեկուլների թիվն է, N A-ն մարմինը կազմող նյութի 1 մոլի մոլեկուլների թիվն է:

N A-ն Ավոգադրոյի հաստատունն է։ Նյութի քանակը չափվում է մոլերով։

Ավոգադրո հաստատուննյութի 1 մոլում մոլեկուլների կամ ատոմների թիվն է։ Այս հաստատունն իր անունը ստացել է իտալացի քիմիկոսի և ֆիզիկոսի պատվին Ամեդեո Ավոգադրո (1776 – 1856).

Ցանկացած նյութի 1 մոլը պարունակում է նույն թվով մասնիկներ։

N A \u003d 6.02 * 10 23 մոլ -1

Մոլային զանգվածմեկ մոլի չափով վերցված նյութի զանգվածն է.

μ = m 0 * N Ա

որտեղ m 0-ը մոլեկուլի զանգվածն է:

Մոլային զանգվածը արտահայտվում է կիլոգրամներով մեկ մոլի վրա (կգ/մոլ = կգ*մոլ -1):

Մոլային զանգվածը կապված է հարաբերական մոլեկուլային զանգվածի հետ՝

μ \u003d 10 -3 * M r [կգ * մոլ -1]

m նյութի ցանկացած քանակի զանգվածը հավասար է մեկ մոլեկուլի զանգվածի արտադրյալին m 0 մոլեկուլների քանակով.

m = m 0 N = m 0 N A ν = մն

Նյութի քանակությունը հավասար է նյութի զանգվածի և նրա մոլային զանգվածի հարաբերությանը.

ν = մ / մ

Նյութի մեկ մոլեկուլի զանգվածը կարելի է գտնել, եթե հայտնի են մոլային զանգվածը և Ավոգադրոյի հաստատունը.

m 0 = m / N = m / νN A = μ / N Ա

Ատոմների և մոլեկուլների զանգվածի ավելի ճշգրիտ որոշումը ձեռք է բերվում զանգվածային սպեկտրոմետրի միջոցով՝ սարք, որում լիցքավորված մասնիկների ճառագայթը բաժանվում է տարածության մեջ՝ կախված դրանց լիցքավորման զանգվածից՝ օգտագործելով էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը:

Օրինակ, եկեք գտնենք մագնեզիումի ատոմի մոլային զանգվածը։ Ինչպես պարզեցինք վերևում, մագնեզիումի ատոմի զանգվածը m0Mg = 40,3463 * 10 -27 կգ է: Այնուհետև մոլային զանգվածը կլինի.

μ \u003d m 0Mg * N A \u003d 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 \u003d 2,4288 * 10 -2 կգ / մոլ

Այսինքն՝ մեկ մոլի մեջ «տեղավորվում է» 2,4288 * 10 -2 կգ մագնեզիում։ Դե, կամ մոտ 24,28 գրամ:

Ինչպես տեսնում եք, մոլային զանգվածը (գրամներով) գրեթե հավասար է պարբերական աղյուսակում տարրի համար նշված ատոմային զանգվածին։ Հետևաբար, երբ նրանք ցույց են տալիս ատոմային զանգվածը, նրանք սովորաբար անում են հետևյալը.

Մագնեզիումի ատոմային զանգվածը 24,305 ամու է։ (գ/մոլ):