Masa i wielkość cząsteczek. Podstawowe postanowienia molekularnej teorii kinetycznej
Teoria molekularno-kinetyczna struktury materii opiera się na trzech pozycjach, z których każda została udowodniona eksperymentalnie: substancja składa się z cząstek; te cząstki poruszają się losowo; cząstki oddziałują ze sobą.
Właściwości i zachowanie ciał, począwszy od rozrzedzonych gazów górnej atmosfery, a skończywszy na ciałach stałych na Ziemi, a także supergęstych jądrach planet i gwiazd, są determinowane przez ruch cząstek oddziałujących ze sobą, które składają się na wszystkie ciała - cząsteczki, atomy, a nawet mniejsze formacje - cząstki elementarne.
Szacowanie rozmiarów cząsteczek. Aby mieć całkowitą pewność co do rzeczywistości istnienia cząsteczek, konieczne jest określenie ich rozmiarów.
Rozważmy stosunkowo prostą metodę szacowania wielkości cząsteczek. Wiadomo, że nie da się zmusić kropli oliwy z oliwek do rozprowadzenia się na powierzchni wody tak, aby zajmowała powierzchnię większą niż 1. Można przyjąć, że gdy oliwa rozprzestrzeni się na maksymalnej powierzchni, tworzy warstwę o grubości tylko jednej cząsteczki. Łatwo określić grubość tej warstwy, a tym samym oszacować wielkość cząsteczki oliwy z oliwek.
Pokrójmy w myślach sześcian objętości na kwadratowe warstwy obszaru, tak aby mogły pokryć obszar (ryc. 2). Ilość takich warstw będzie równa: Grubość warstwy oleju, a co za tym idzie wielkość cząsteczki oliwy z oliwek, można określić dzieląc krawędź sześcianu o wielkości 0,1 cm przez liczbę warstw: cm.
Projektor jonowy. Obecnie nie ma potrzeby wyliczania wszystkich możliwych sposobów udowodnienia istnienia atomów i cząsteczek. Nowoczesne instrumenty umożliwiają obserwację obrazów pojedynczych atomów i molekuł. W podręczniku fizyki do klasy VI znajduje się fotografia wykonana mikroskopem elektronowym, na której widać ułożenie poszczególnych atomów na powierzchni kryształu złota.
Ale mikroskop elektronowy to bardzo złożone urządzenie. Zapoznamy się ze znacznie prostszym urządzeniem, które pozwala uzyskać obrazy poszczególnych atomów i oszacować ich wielkość. To urządzenie nazywa się projektorem jonowym lub mikroskopem jonowym. Układa się w następujący sposób: w środku kulistego naczynia o promieniu około 10 cm znajduje się czubek igły wolframowej (ryc. 3). Promień krzywizny końcówki jest tak mały, jak to możliwe dzięki nowoczesnej technologii obróbki metali - około 5-10 6 cm Wewnętrzna powierzchnia kuli pokryta jest cienką warstwą przewodzącą, która może, jak ekran telewizora, świecić pod wpływ szybkich cząstek. Pomiędzy dodatnio naładowaną końcówką a ujemnie naładowaną warstwą przewodzącą wytwarzane jest napięcie kilkuset woltów. Naczynie wypełnione jest helem pod niskim ciśnieniem 100 Pa (0,75 mm Hg).
Atomy wolframu na powierzchni punktu tworzą mikroskopijne „guzki” (ryc. 4). Kiedy zbliżasz się losowo
poruszając się atomami helu z atomami wolframu, pole elektryczne, szczególnie silne w pobliżu atomów na powierzchni końcówki, odrywa elektrony od atomów helu i zamienia te atomy w jony. Jony helu są odpychane od dodatnio naładowanej końcówki i poruszają się z dużą prędkością wzdłuż promieni kuli. Zderzając się z powierzchnią kuli, jony powodują jej świecenie. W efekcie na ekranie pojawia się powiększony obraz rozmieszczenia atomów wolframu na końcówce (rys. 5). Jasne plamy na ekranie to obrazy pojedynczych atomów.
Powiększenie projektora - stosunek odległości między obrazami atomów do odległości między samymi atomami - okazuje się równe stosunkowi promienia naczynia do promienia końcówki i sięga dwóch milionów. Dlatego możliwe jest zobaczenie pojedynczych atomów.
Okazuje się, że średnica atomu wolframu, określona za pomocą projektora jonowego, wynosi około cm, a rozmiary atomów znalezionych innymi metodami są w przybliżeniu takie same. Rozmiary cząsteczek składających się z wielu atomów są naturalnie większe.
Z każdym wdechem wychwytujesz do płuc tak wiele cząsteczek, że gdyby wszystkie były równomiernie rozłożone w ziemskiej atmosferze po wydechu, to każdy mieszkaniec planety otrzymałby dwie cząsteczki, które znajdowały się w twoich płucach podczas wdechu.
>>Fizyka: Podstawy teorii kinetyki molekularnej. Rozmiary cząsteczek
Cząsteczki są bardzo małe, ale zobacz, jak łatwo oszacować ich rozmiar i masę. Wystarczy jedna obserwacja i kilka prostych obliczeń. To prawda, wciąż musimy wymyślić, jak to zrobić.
Teoria molekularno-kinetyczna budowy materii opiera się na trzech twierdzeniach: materia składa się z cząstek; te cząstki poruszają się losowo; cząstki oddziałują ze sobą. Każde twierdzenie jest rygorystycznie udowadniane eksperymentami.
Właściwości i zachowanie wszystkich ciał bez wyjątku, od orzęsek po gwiazdy, są determinowane przez ruch cząstek oddziałujących ze sobą: molekuły, atomy, a nawet mniejsze formacje - cząstki elementarne.
Szacowanie rozmiarów cząsteczek. Aby mieć całkowitą pewność istnienia cząsteczek, konieczne jest określenie ich rozmiarów.
Najłatwiej to zrobić, obserwując, jak kropla oleju, np. oliwy z oliwek, rozpływa się na powierzchni wody. Olej nigdy nie zajmie całej powierzchni, jeśli naczynie jest duże ( rys.8.1). Nie jest możliwe rozprowadzenie kropli 1 mm 3 tak, aby zajmowała powierzchnię większą niż 0,6 m 2 . Można przypuszczać, że olej rozprowadzając się na maksymalnym obszarze, tworzy warstwę o grubości tylko jednej cząsteczki – „warstwę jednocząsteczkową”. Łatwo określić grubość tej warstwy, a tym samym oszacować wielkość cząsteczki oliwy z oliwek.
Tom V warstwa oleju jest równa iloczynowi jego pola powierzchni S dla grubości d warstwa, tj. V=Sd. Dlatego wielkość cząsteczki oliwy z oliwek to:
Nie ma już potrzeby wyliczania wszystkich możliwych sposobów udowodnienia istnienia atomów i cząsteczek. Nowoczesne instrumenty umożliwiają oglądanie obrazów pojedynczych atomów i cząsteczek. Rysunek 8.2 przedstawia mikrografię powierzchni płytki krzemowej, gdzie wypukłości są pojedynczymi atomami krzemu. O takich obrazach po raz pierwszy dowiedziano się, że można je uzyskać w 1981 roku przy użyciu nie zwykłych mikroskopów optycznych, ale złożonych mikroskopów tunelowych.
Cząsteczki, w tym oliwa z oliwek, są większe niż atomy. Średnica dowolnego atomu jest w przybliżeniu równa 10 -8 cm, a wymiary te są tak małe, że trudno je sobie wyobrazić. W takich przypadkach stosuje się porównania.
Oto jeden z nich. Jeśli palce zostaną zaciśnięte w pięść i powiększone do rozmiarów kuli ziemskiej, wówczas atom przy tym samym powiększeniu stanie się wielkości pięści.
Liczba cząsteczek. Przy bardzo małych rozmiarach cząsteczek, ich liczba w każdym makroskopowym ciele jest ogromna. Obliczmy przybliżoną liczbę cząsteczek w kropli wody o masie 1 g, a więc objętości 1 cm 3 .
Średnica cząsteczki wody wynosi około 3 10 -8 cm. Zakładając, że każda cząsteczka wody z gęstym upakowaniem cząsteczek zajmuje objętość (3 10 -8 cm) 3, można obliczyć liczbę cząsteczek w kropli dzieląc objętość kropli (1 cm 3) o objętość, na cząsteczkę:
Z każdym wdechem wychwytujesz tak wiele cząsteczek, że gdyby wszystkie były równomiernie rozłożone w ziemskiej atmosferze po wydechu, to każdy mieszkaniec planety otrzymałby dwie lub trzy cząsteczki, które znajdowały się w twoich płucach podczas wdechu.
Wymiary atomu są małe: .
Trzy główne założenia teorii kinetyki molekularnej będą wielokrotnie omawiane.
???
1. Jakie pomiary należy wykonać, aby oszacować wielkość cząsteczki oliwy z oliwek?
2. Gdyby atom urósł do rozmiarów ziarenka maku (0,1 mm), to jaką wielkość ciała osiągnęłoby ziarno przy tym samym powiększeniu?
3. Wypisz dowody na istnienie znanych ci cząsteczek, które nie są wymienione w tekście.
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa fizyki 10
Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case'y, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, dowcipy, komiksy przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementów innowacji na lekcji zastępując przestarzałą wiedzę nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarzowy na rok zalecenia metodyczne programu dyskusji Zintegrowane lekcjeJeśli masz poprawki lub sugestie dotyczące tej lekcji,
Teoria molekularno-kinetyczna - doktryna o budowie i właściwościach materii, wykorzystująca koncepcję istnienia atomów i cząsteczek jako najmniejszych cząstek substancji chemicznej. MCT opiera się na trzech twierdzeniach ściśle potwierdzonych eksperymentami:
Substancja składa się z cząstek - atomów i cząsteczek, między którymi znajdują się luki;
Cząsteczki te poruszają się chaotycznie, na prędkość których wpływa temperatura;
Cząsteczki oddziałują ze sobą.
Fakt, że substancja rzeczywiście składa się z cząsteczek, można udowodnić, określając ich rozmiar: kropla oleju rozpływa się po powierzchni wody, tworząc warstwę o grubości równej średnicy cząsteczki. Kropla o objętości 1 mm 3 nie może rozprzestrzeniać się więcej niż 0,6 m 2:
Nowoczesne instrumenty (mikroskop elektronowy, projektor jonowy) pozwalają zobaczyć pojedyncze atomy i molekuły.
Siły oddziaływania cząsteczek. a) oddziaływanie ma charakter elektromagnetyczny; b) siły bliskiego zasięgu występują w odległościach porównywalnych z rozmiarami cząsteczek; c) jest taka odległość, gdy siły przyciągania i odpychania są równe (R 0), jeśli R>R 0, to siły przyciągania przeważają, jeśli R Działanie sił przyciągania molekularnego ujawnia eksperyment z ołowianymi cylindrami sklejającymi się po oczyszczeniu ich powierzchni. Cząsteczki i atomy w ciele stałym wykonują losowe oscylacje wokół pozycji, w których równoważą się siły przyciągania i odpychania sąsiednich atomów. W cieczy molekuły nie tylko oscylują wokół pozycji równowagi, ale także przeskakują z jednej pozycji równowagi do drugiej, te przeskoki molekularne są przyczyną płynności cieczy, jej zdolności do przybierania postaci naczynia. W gazach zwykle odległości między atomami i cząsteczkami są przeciętnie znacznie większe niż wymiary cząsteczek; siły odpychające nie działają na duże odległości, więc gazy łatwo ulegają kompresji; praktycznie nie ma przyciągających sił między cząsteczkami gazu, dlatego gazy mają właściwość rozszerzania się w nieskończoność. Każda substancja składa się z cząstek, dlatego ilość substancji uważa się za proporcjonalną do liczby cząstek. Jednostką ilości substancji jest mol. Mol jest równy ilości substancji w układzie zawierającym tyle cząstek, ile jest atomów w 0,012 kg węgla. Stosunek liczby cząsteczek do ilości substancji nazywamy stałą Avogadro: Stała Avogadro to . Pokazuje, ile atomów lub cząsteczek zawiera jeden mol substancji. Ilość substancji można znaleźć jako stosunek liczby atomów lub cząsteczek substancji do stałej Avogadro: Masa molowa to ilość równa stosunkowi masy substancji do ilości substancji: Masę molową można wyrazić w postaci masy cząsteczki: Aby określić masę cząsteczek, musisz podzielić masę substancji przez liczbę zawartych w niej cząsteczek: Ruch Browna to ruch termiczny cząstek zawieszonych w gazie lub cieczy. Angielski botanik Robert Brown (1773 - 1858) w 1827 r. odkrył przypadkowy ruch cząstek stałych widocznych przez mikroskop w cieczy. Zjawisko to nazwano ruchem Browna. Ten ruch nie ustaje; wraz ze wzrostem temperatury jego intensywność wzrasta. Ruchy Browna są wynikiem wahań ciśnienia (wyraźne odchylenie od wartości średniej). Powodem ruchu Browna cząsteczki jest to, że uderzenia cząsteczek cieczy na cząsteczkę nie znoszą się nawzajem. W rozrzedzonym gazie odległość między cząsteczkami jest wielokrotnie większa niż ich rozmiar. W tym przypadku oddziaływanie między cząsteczkami jest znikome, a energia kinetyczna cząsteczek jest znacznie większa niż energia potencjalna ich oddziaływania. Aby wyjaśnić właściwości substancji w stanie gazowym, zamiast gazu rzeczywistego stosuje się jej model fizyczny - gaz doskonały. Model zakłada: odległość między cząsteczkami jest nieco większa niż ich średnica; cząsteczki to elastyczne kulki; nie ma przyciągających sił między cząsteczkami; kiedy cząsteczki zderzają się ze sobą i ze ścianami naczynia, działają siły odpychające; Ruch molekularny podlega prawom mechaniki. Podstawowe równanie MKT gazu doskonałego to: Podstawowe równanie MKT umożliwia obliczenie ciśnienia gazu, jeśli znana jest masa cząsteczki, średnia wartość kwadratu prędkości i stężenie cząsteczek. Ciśnienie gazu doskonałego polega na tym, że cząsteczki, zderzając się ze ściankami naczynia, oddziałują z nimi zgodnie z prawami mechaniki jako ciała elastyczne. Gdy cząsteczka zderza się ze ścianą naczynia, rzut prędkości vx wektora prędkości na oś OX, prostopadłą do ścianki, zmienia swój znak na przeciwny, ale w wartości bezwzględnej pozostaje stały. Podczas zderzenia, zgodnie z trzecim prawem Newtona, cząsteczka działa na ścianę z siłą F 2 równą w wartości bezwzględnej sile F 1 i skierowaną przeciwnie. Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Mendelejewa-Clapeyrona). Uniwersalna stała gazowa: Na podstawie zależności ciśnienia gazu od stężenia jego cząsteczek i temperatury można otrzymać równanie, które wiąże wszystkie trzy parametry makroskopowe: ciśnienie, objętość i temperaturę, które charakteryzują stan danej masy wystarczająco rozrzedzonego gazu. To równanie nazywa się równaniem stanu gazu doskonałego. Gdzie jest uniwersalna stała gazowa dla danej masy gazu, zatem Równanie Clapeyrona. Zależności ilościowe między dwoma parametrami gazu dla stałej wartości trzeciego parametru nazywamy prawami gazu. A procesy zachodzące przy stałej wartości jednego z parametrów są izoprocesami. Proces izotermiczny - proces zmiany stanu układu termodynamicznego ciał makroskopowych w stałej temperaturze. Dla gazu o danej masie iloczyn ciśnienia gazu i jego objętości jest stały, jeśli temperatura gazu się nie zmienia. - Prawo Boyle'a - Mariotte. Proces izochoryczny - proces zmiany stanu układu termodynamicznego ciał makroskopowych przy stałej objętości. Dla gazu o danej masie stosunek ciśnienia do temperatury jest stały, jeśli objętość gazu się nie zmienia. Prawo Karola. Proces izobaryczny - proces zmiany stanu układu termodynamicznego ciał makroskopowych przy stałym ciśnieniu. Dla gazu o danej masie stosunek objętości do temperatury jest stały, jeśli ciśnienie gazu się nie zmienia. - Prawo Gay-Lussaca. Gdy dwa lub więcej atomów wchodzi ze sobą w wiązania chemiczne, tworzą się cząsteczki. Nie ma znaczenia, czy te atomy są takie same, czy zupełnie różnią się od siebie zarówno kształtem, jak i wielkością. Dowiemy się, jaki jest rozmiar cząsteczek i od czego to zależy. Przez tysiąclecia naukowcy spekulowali o tajemnicy życia, o tym, co dokładnie dzieje się u jego początków. Według najstarszych kultur życie i wszystko na tym świecie składa się z podstawowych elementów natury - ziemi, powietrza, wiatru, wody i ognia. Jednak z biegiem czasu wielu filozofów zaczęło wysuwać ideę, że wszystkie rzeczy składają się z maleńkich, niepodzielnych rzeczy, których nie można stworzyć i zniszczyć. Jednak dopiero wraz z pojawieniem się teorii atomu i nowoczesnej chemii naukowcy zaczęli zakładać, że razem wzięte cząstki dają początek podstawowym budulcom wszystkich rzeczy. Tak powstał termin, który w kontekście współczesnej teorii cząstek odnosi się do najmniejszych jednostek masy. Zgodnie z klasyczną definicją cząsteczka to najmniejsza cząsteczka substancji, która pomaga zachować jej właściwości chemiczne i fizyczne. Składa się z dwóch lub więcej atomów, a także grup takich samych lub różnych atomów utrzymywanych razem przez siły chemiczne. Jaka jest wielkość cząsteczek? W piątej klasie historia naturalna (przedmiot szkolny) daje tylko ogólne pojęcie o rozmiarach i kształtach, ta kwestia jest bardziej szczegółowo omawiana na lekcjach chemii w liceum. Cząsteczki mogą być proste lub złożone. Oto kilka przykładów: Cząsteczki składające się z dwóch lub więcej pierwiastków nazywane są związkami. Tak więc woda, tlenek wapnia i glukoza są złożone. Nie wszystkie związki są cząsteczkami, ale wszystkie cząsteczki są związkami. Jak duże mogą być? Jaka jest wielkość cząsteczki? Wiadomo, że prawie wszystko wokół nas składa się z atomów (oprócz światła i dźwięku). Ich całkowita masa będzie masą cząsteczki. Mówiąc o wielkości cząsteczek, większość naukowców zaczyna od masy cząsteczkowej. To jest całkowita waga wszystkich jego atomów składowych: Oprócz masy możemy również zmierzyć, jak duże są cząsteczki w nanometrach. Jednostka wody ma średnicę około 0,27 Nm. DNA ma średnicę do 2 nm i może rozciągać się nawet na kilka metrów. Trudno sobie wyobrazić, jak takie wymiary mogą zmieścić się w jednej komórce. Stosunek długości do grubości DNA jest niesamowity. Jest to 1/100.000.000, czyli jak ludzki włos długości boiska piłkarskiego. Jaka jest wielkość cząsteczek? Występują w różnych kształtach i rozmiarach. Woda i dwutlenek węgla należą do najmniejszych, białka do największych. Cząsteczki to elementy składające się z połączonych ze sobą atomów. Zrozumienie wyglądu cząsteczek jest tradycyjnie częścią chemii. Oprócz niezrozumiałych dziwnych zachowań chemicznych jedną z ważnych cech cząsteczek jest ich rozmiar. Gdzie może być szczególnie przydatna wiedza o wielkości cząsteczek? Odpowiedź na to i wiele innych pytań jest pomocna w dziedzinie nanotechnologii, ponieważ koncepcja nanorobotów i inteligentnych materiałów z konieczności zajmuje się skutkami wielkości i kształtu cząsteczek. W klasie 5 historia naturalna na ten temat podaje tylko ogólne informacje, że wszystkie cząsteczki składają się z atomów, które są w ciągłym, losowym ruchu. W liceum można już zobaczyć w podręcznikach do chemii wzory strukturalne, które przypominają rzeczywisty kształt cząsteczek. Nie da się jednak zmierzyć ich długości zwykłą linijką, a żeby to zrobić, trzeba wiedzieć, że molekuły to obiekty trójwymiarowe. Ich obraz na papierze jest rzutem na dwuwymiarową płaszczyznę. Długość cząsteczki zmienia się przez wiązania długości jej kątów. Są trzy główne: Rzeczywiste kąty często różnią się od tych kątów, ponieważ należy wziąć pod uwagę różne efekty, w tym oddziaływania elektrostatyczne. Jaka jest wielkość cząsteczek? W klasie 5 odpowiedzi na to pytanie, jak już powiedzieliśmy, mają charakter ogólny. Dzieci w wieku szkolnym wiedzą, że wielkość tych połączeń jest bardzo mała. Na przykład, jeśli zamienisz cząsteczkę piasku w jednym ziarnku piasku w całe ziarno piasku, to pod powstałą masą możesz ukryć dom o pięciu piętrach. Jaka jest wielkość cząsteczek? Krótka odpowiedź, która jest również bardziej naukowa, jest następująca. Masa cząsteczkowa jest równa stosunkowi masy całej substancji do liczby cząsteczek w substancji lub stosunkowi masy molowej do stałej Avogadro. Jednostką miary jest kilogram. Średnia masa cząsteczkowa wynosi 10 -23 -10 -26 kg. Weźmy na przykład wodę. Jego masa cząsteczkowa wyniesie 3 x 10 -26 kg. Za przyciąganie między cząsteczkami odpowiedzialna jest siła elektromagnetyczna, która objawia się przyciąganiem przeciwnych i odpychaniem podobnych ładunków. Siła elektrostatyczna istniejąca między przeciwległymi ładunkami dominuje w oddziaływaniach między atomami i między cząsteczkami. Siła grawitacji jest w tym przypadku tak mała, że można ją pominąć. W tym przypadku wielkość cząsteczki wpływa na siłę przyciągania przez chmurę elektronową przypadkowych zniekształceń, które występują podczas rozkładu elektronów cząsteczki. W przypadku cząstek niepolarnych wykazujących jedynie słabe oddziaływania van der Waalsa lub siły dyspersyjne, wielkość cząsteczek ma bezpośredni wpływ na wielkość chmury elektronowej otaczającej określoną cząsteczkę. Im jest większy, tym większe naładowane pole, które go otacza. Większa chmura elektronów oznacza, że między sąsiednimi cząsteczkami może zachodzić więcej interakcji elektronowych. W rezultacie jedna część cząsteczki wytwarza tymczasowy dodatni ładunek częściowy, podczas gdy druga część wytwarza ładunek ujemny. Kiedy tak się dzieje, cząsteczka może spolaryzować chmurę elektronową sąsiedniej. Przyciąganie pojawia się, ponieważ częściowo pozytywna strona jednej cząsteczki jest przyciągana przez częściowo negatywną stronę drugiej. Więc jaki jest rozmiar cząsteczek? W naukach przyrodniczych, jak się dowiedzieliśmy, można znaleźć tylko symboliczne wyobrażenie o masie i rozmiarze tych najmniejszych cząstek. Ale wiemy, że istnieją związki proste i złożone. A drugi może zawierać coś takiego jak makrocząsteczka. Jest to bardzo duża jednostka, taka jak białko, która zwykle powstaje w wyniku polimeryzacji mniejszych podjednostek (monomerów). Zwykle składają się z tysięcy lub więcej atomów. Wiele eksperymentów pokazuje, że rozmiar cząsteczki bardzo mały. Liniowy rozmiar cząsteczki lub atomu można znaleźć na różne sposoby. Na przykład za pomocą mikroskopu elektronowego wykonano zdjęcia niektórych dużych cząsteczek, a za pomocą projektora jonowego (mikroskop jonowy) można nie tylko zbadać strukturę kryształów, ale także określić odległość między poszczególnymi atomami w cząsteczce. Korzystając z osiągnięć nowoczesnej technologii eksperymentalnej, udało się określić wymiary liniowe prostych atomów i cząsteczek, które mają około 10-8 cm, wymiary liniowe złożonych atomów i cząsteczek są znacznie większe. Na przykład wielkość cząsteczki białka to 43*10 -8 cm. Do scharakteryzowania atomów stosuje się pojęcie promieni atomowych, co pozwala w przybliżeniu oszacować odległości międzyatomowe w cząsteczkach, cieczach lub ciałach stałych, ponieważ atomy nie mają wyraźnych granic wielkości. Tj promień atomowy- jest to kula, w której zamknięta jest główna część gęstości elektronowej atomu (co najmniej 90 ... 95%). Wielkość cząsteczki jest tak mała, że można ją przedstawić tylko przez porównania. Na przykład cząsteczka wody jest wielokrotnie mniejsza niż duże jabłko, ile razy jabłko jest mniejsze niż kula ziemska. Masy poszczególnych cząsteczek i atomów są bardzo małe, dlatego wygodniej jest używać w obliczeniach względnych niż bezwzględnych wartości mas. Względna masa cząsteczkowa(lub względna masa atomowa) substancje M r to stosunek masy cząsteczki (lub atomu) danej substancji do 1/12 masy atomu węgla. M r \u003d (m 0) : (m 0C / 12) gdzie m 0 jest masą cząsteczki (lub atomu) danej substancji, m 0C jest masą atomu węgla. Względna masa cząsteczkowa (lub atomowa) substancji pokazuje, ile razy masa cząsteczki substancji jest większa niż 1/12 masy izotopu węgla C12. Względna masa cząsteczkowa (atomowa) jest wyrażana w jednostkach masy atomowej. Jednostka masy atomowej wynosi 1/12 masy izotopu węgla C 12. Dokładne pomiary wykazały, że jednostka masy atomowej to 1,660 * 10 -27 kg, czyli 1 amu = 1,660 * 10 -27 kg Względną masę cząsteczkową substancji można obliczyć, dodając względne masy atomowe pierwiastków tworzących cząsteczkę substancji. Względna masa atomowa pierwiastków chemicznych jest wskazana w układzie okresowym pierwiastków chemicznych przez D.I. Mendelejew. W układzie okresowym D.I. Mendelejew dla każdego elementu jest wskazany masa atomowa, który jest mierzony w jednostkach masy atomowej (amu). Na przykład masa atomowa magnezu wynosi 24,305 amu, to znaczy magnez jest dwa razy cięższy od węgla, ponieważ masa atomowa węgla wynosi 12 amu. (wynika to z faktu, że 1 amu = 1/12 masy izotopu węgla, który stanowi większość atomu węgla). Po co mierzyć masę cząsteczek i atomów w amu, skoro są gramy i kilogramy? Oczywiście możesz używać tych jednostek, ale będzie to bardzo niewygodne przy zapisywaniu (będzie trzeba użyć zbyt wielu liczb, aby zapisać masę). Aby znaleźć masę pierwiastka w kilogramach, pomnóż masę atomową pierwiastka przez 1 amu. Masę atomową określa się zgodnie z układem okresowym pierwiastków (zapisanym na prawo od literowego oznaczenia pierwiastka). Na przykład waga atomu magnezu w kilogramach wynosiłaby: m 0Mg = 24.305 * 1 n.e. = 24,305 * 1,660 * 10 -27 = 40,3463 * 10 -27 kg Masę cząsteczki można obliczyć, dodając masy pierwiastków tworzących cząsteczkę. Na przykład masa cząsteczki wody (H 2 O) będzie równa: m 0H2O \u003d 2 * m 0H + m 0O \u003d 2 * 1,00794 + 15,9994 \u003d 18,0153 a.m. = 29,905 * 10 -27 kg kret jest równa ilości substancji w układzie, który zawiera tyle cząsteczek, ile jest atomów w 0,012 kg węgla C 12. To znaczy, jeśli mamy układ z jakąś substancją, a w tym układzie jest tyle cząsteczek tej substancji, ile jest atomów w 0,012 kg węgla, to możemy powiedzieć, że w tym układzie mamy 1 mol substancji. Ilość substancjiν jest równe stosunkowi liczby cząsteczek w danym ciele do liczby atomów w 0,012 kg węgla, czyli liczbie cząsteczek w 1 molu substancji. ν = N / N A gdzie N to liczba cząsteczek w danym ciele, N A to liczba cząsteczek w 1 mol substancji tworzącej ciało. N A jest stałą Avogadro. Ilość substancji mierzy się w molach. Stała Avogadro to liczba cząsteczek lub atomów w 1 mol substancji. Ta stała ma swoją nazwę na cześć włoskiego chemika i fizyka Amedeo Avogadro (1776 – 1856). 1 mol dowolnej substancji zawiera taką samą liczbę cząstek. N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Masa cząsteczkowa to masa substancji pobranej w ilości jednego mola: μ = m 0 * N A gdzie m 0 jest masą cząsteczki. Masę molową wyraża się w kilogramach na mol (kg/mol = kg*mol -1). Masa cząsteczkowa jest powiązana ze względną masą cząsteczkową przez zależność: μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1] Masa dowolnej ilości substancji m jest równa iloczynowi masy jednej cząsteczki m 0 przez liczbę cząsteczek: m = m 0 N = m 0 N A ν = μν Ilość substancji jest równa stosunkowi masy substancji do jej masy molowej: v = m / μ Masę jednej cząsteczki substancji można znaleźć, jeśli znana jest masa molowa i stała Avogadro: m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A Dokładniejsze określenie masy atomów i cząsteczek uzyskuje się za pomocą spektrometru mas - urządzenia, w którym wiązka naładowanych cząstek rozdziela się w przestrzeni w zależności od ich masy ładunku za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych. Na przykład znajdźmy masę molową atomu magnezu. Jak dowiedzieliśmy się powyżej, masa atomu magnezu wynosi m0Mg = 40,3463 * 10 -27 kg. Wtedy masa molowa będzie wynosić: μ \u003d m 0Mg * N A \u003d 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 \u003d 2,4288 * 10 -2 kg / mol Oznacza to, że 2,4288 * 10 -2 kg magnezu „pasuje” w jednym molu. No, czyli około 24,28 grama. Jak widać, masa molowa (w gramach) jest prawie równa masie atomowej wskazanej dla pierwiastka w układzie okresowym. Dlatego, gdy wskazują masę atomową, zwykle robią to: Masa atomowa magnezu wynosi 24,305 amu. (g/mol).2. Masa i wielkość cząsteczek. Stała Avogadro
3. Ruch Browna i gaz doskonały
Czym są cząsteczki?
Przykłady cząsteczek
Masa cząsteczkowa
Pomiar w nanometrach
Kształty i rozmiary
Jaka jest wielkość cząsteczek?
Jak sobie wyobrazić wielkość cząsteczek: przykłady
Jak wielkość cząsteczki wpływa na siły przyciągania?
Wniosek
mol substancji
Stała Avogadro