Obrázek molekulární struktura tělesa na první pohled nesouhlasí s naší obvyklou zkušeností: tyto jednotlivé částice nepozorujeme, tělesa se nám zdají spojitá. Tuto námitku však nelze považovat za přesvědčivou. M. V. Lomonosov v jednom ze svých děl napsal: „Nelze také odepřít pohyb tam, kam ho oko nevidí; kdo bude popírat, že se listy a větve stromů pohybují v silném větru, ačkoli z dálky žádný pohyb nezaznamená. Jako zde díky odlehlosti, tak i v horkých tělesech je kvůli malosti částic hmoty pohyb skrytý před zraky. Důvodem zjevné neshody je tedy to, že atomy a molekuly jsou extrémně malé.
V nejlepším optickém mikroskopu, který umožňuje rozlišit předměty, jejichž rozměry nejsou menší než , nelze uvažovat jednotlivé molekuly, dokonce ani ty největší. Řada nepřímých metod však umožnila nejen spolehlivě prokázat existenci molekul a atomů, ale dokonce stanovit jejich velikosti. Takže velikost atomu vodíku může být považována za stejnou; délka molekuly vodíku, tj. vzdálenost mezi středy dvou atomů, které ji tvoří, se rovná. Existují větší molekuly, například molekuly bílkovin (albumin) jsou . V posledních letech se díky zařízení speciálního zařízení, které umožňuje studovat objekty extrémně malých rozměrů - elektronovém mikroskopu - podařilo fotografovat nejen velké molekuly, ale i atomy.
Skutečnost, že velikosti molekul jsou extrémně malé, lze posoudit i bez měření na základě možnosti získat velmi malá množství různých látek. Zředěním inkoustu (například zeleného) v litru čisté vody a následným zředěním tohoto roztoku opět v litru vody získáme jednorázové zředění. Přesto uvidíme, že posledně uvedené řešení má nápadnou zelenou barvu a zároveň je zcela homogenní. Proto v nejmenším objemu, který oko ještě dokáže rozeznat, i při tomto zředění, je mnoho molekul barviva, což ukazuje, jak malé tyto molekuly jsou.
Zlato lze zploštit do plátů o tloušťce a ošetřením takových plátů vodným roztokem kyanidu draselného lze získat pláty zlata o tloušťce. Proto je velikost molekuly zlata mnohem menší než jedna setina mikrometru.
Na obrázcích znázorníme molekuly ve formě kuliček. Molekuly (a jak uvidíme později i atomy) však mají strukturu, která je pro různé látky odlišná, často dosti složitá. Známý je například tvar a struktura nejen tak jednoduchých „molekul“ jako (obr. 370), ale i nesrovnatelně složitějších, obsahujících mnoho tisíc atomů.
370. Schémata struktury molekul vody (a) a oxidu uhličitého (b) Obr.
Rád bych pohovořil o důležitých věcech, které se na stránkách firem, které prodávají čistící systémy, málokdy vysvětlují, ale mnohem příjemnější je pochopit, o co jde při výběru filtru pro vaši rodinu nebo do práce. Tento přehled uvádí některé důležité aspekty, které je třeba vzít v úvahu při výběru filtru.
Co je mikron a nanometr?
Pokud jste hledali vodní filtr, pak jste s největší pravděpodobností narazili na název „mikronový“. Pokud jde o mechanické patrony, často se můžete setkat s frázemi jako „jednotka filtruje hrubé částice nečistot až do velikosti 10 mikronů nebo více“. Ale kolik je 10 mikronů? Zajímalo by mě, jaká kontaminace a použití kazety určené na 10 mikronů minou. Ohledně membrán (ať už se jedná o průtokový filtr nebo reverzní osmózu) se používá jiný termín - nanometr, což je také obtížně reprezentovatelná velikost. Jeden mikron je 0,001 milimetru, to znamená, že pokud podmíněně rozdělíte jeden milimetr na 1000 dílků, dostaneme právě 1 mikron. Nanometr je 0,001 mikronu, což je v podstatě jedna miliontina milimetru. Názvy "mikron" a "nanometr" jsou vytvořeny pro zjednodušení reprezentace tak malých čísel.
Mikrony se nejčastěji používají k vyjádření hloubky filtrace produkované polypropylenovými nebo uhlíkovými patronami, nanometry k vyjádření úrovně filtrace produkované ultrafiltrací nebo membránami s reverzní osmózou.
Jak se liší vodní filtry?
Existují 3 hlavní typy filtrů: průtokové filtry, průtokové filtry s ultrafiltrační membránou (membránou) a reverzní osmotické filtry. Jaký je hlavní rozdíl mezi těmito systémy? Průtokový filtr lze považovat za základní čištění, protože jen zřídka čistí vodu do pitného stavu - to znamená, že na rozdíl od ostatních dvou typů filtrů je po tekoucí vodě potřeba vodu před pitím převařit (výjimkou jsou systémy obsahující Aragon, Aqualen a materiál Ecomix). Membránové filtry - filtry s ultrafiltrační membránou čistí vodu od všech typů nečistot, ale ponechávají solnou rovnováhu vody nedotčenou - to znamená, že ve vodě zůstává přírodní vápník, hořčík a další minerály. Systém reverzní osmózy čistí vodu kompletně, včetně minerálů, bakterií, solí - na výstupu z filtru voda obsahuje kupodivu pouze molekuly vody.
Chlór je nejchytřejší z látek znečišťujících vodu.
Obecně platí, že za účelem čištění vody od nečistot pomocí membránového systému musí být póry membrány menší než rozměry prvku. To však nefunguje s chlorem, protože velikost jeho molekuly se rovná velikosti molekuly vody, a pokud jsou póry membrány menší než velikost chlóru, pak nebude moci procházet ani voda. . Tady je takový paradox. Proto všechny systémy reverzní osmózy jako součást předfiltrů a jako postfiltr mají uhlíkové patrony, které důkladně čistí chlór z vody. A všimněte si, protože hlavní " bolest hlavy„Ukrajinská voda je přesně chlór, pokud si chcete pořídit reverzní osmózu, měli byste zvolit systém se dvěma uhlíkovými patronami v předfiltru – to vypovídá o kvalitě čištění.
Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné. Více informací naleznete na webových stránkách
Molekuly mají různé velikosti a tvary. Pro názornost znázorníme molekulu ve formě koule, představme si, že je pokryta kulovým povrchem, uvnitř kterého jsou elektronové obaly jejích atomů (obr. 4, a). Podle moderních koncepcí molekuly nemají geometricky definovaný průměr. Proto bylo dohodnuto brát vzdálenost mezi středy dvou molekul (obr. 4b) jako průměr d molekuly, tak blízko, že přitažlivé síly mezi nimi jsou vyváženy odpudivými silami.
Z průběhu chemie „je známo, že kilogramová molekula (kilomol) jakékoli látky, bez ohledu na její stav agregace, obsahuje stejný počet molekul, nazývaných Avogadro číslo, totiž N A \u003d 6,02 * 10 26 molekul.
Nyní odhadneme průměr molekuly, například vody. K tomu vydělíme objem kilomolu vody Avogadrovým číslem. Kilomol vody má hmotnost 18 kg. Za předpokladu, že molekuly vody jsou umístěny blízko sebe a její hustota 1000 kg / m 3, to můžeme říci 1 kmol voda zabírá objem V \u003d 0,018 m 3. Objem na molekulu vody
Vezmeme-li molekulu jako kouli a pomocí vzorce pro objem koule, vypočítáme přibližný průměr, jinak lineární velikost molekuly vody:
Průměr molekuly mědi 2,25*10-10 m. Průměry molekul plynu jsou stejného řádu. Například průměr molekuly vodíku 2,47 * 10-10 m, oxid uhličitý - 3,32*10-10 m. Takže molekula má průměr řádu 10-10 m. Na délku 1 cm V blízkosti může být umístěno 100 milionů molekul.
Odhadněme hmotnost molekuly, například cukru (C 12 H 22 O 11). K tomu potřebujete hmotnost kilomolů cukru (μ = 342,31 kg/kmol) děleno Avogadrovým číslem, tj. počtem molekul v
« Fyzika - třída 10"
Jaké fyzikální objekty (systémy) molekulární fyzika studuje?
Jak rozlišit mechanické a tepelné jevy?
Molekulárně kinetická teorie struktury hmoty je založena na třech tvrzeních:
1) látka se skládá z částic;
2) tyto částice se pohybují náhodně;
3) částice spolu interagují.
Každé tvrzení je důsledně dokázáno experimenty.
Vlastnosti a chování všech těles bez výjimky jsou určeny pohybem vzájemně interagujících částic: molekul, atomů nebo i menších útvarů - elementárních částic.
Odhad velikosti molekul. Abychom si byli zcela jisti existencí molekul, je nutné určit jejich velikosti. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je pozorovat šíření kapky oleje, například olivového oleje, po hladině vody. Olej nikdy nezabere celou plochu, pokud vezmeme dostatečně širokou nádobu (obr. 8.1). Není možné přinutit kapku o velikosti 1 mm 2, aby se rozprostřela tak, aby zabírala plochu větší než 0,6 m 2 . Předpokládejme, že když se olej rozprostře na maximální plochu, vytvoří vrstvu o tloušťce pouze jedné molekuly – „monomolekulární vrstvu“. Je snadné určit tloušťku této vrstvy a odhadnout tak velikost molekuly olivového oleje.
Objem V olejové vrstvy je roven součinu její povrchové plochy S a tloušťky d vrstvy, tj. V = Sd. Proto je lineární velikost molekuly olivového oleje:
Moderní spotřebiče vám umožní vidět a dokonce měřit jednotlivé atomy a molekuly. Obrázek 8.2 ukazuje mikrosnímek povrchu křemíkového plátku, kde hrbolky představují jednotlivé atomy křemíku. Takové obrazy se poprvé naučily získávat v roce 1981 pomocí složitých tunelovacích mikroskopů.
Molekuly, včetně olivového oleje, jsou větší než atomy. Průměr jakéhokoli atomu je přibližně roven 10 -8 cm.Tyto rozměry jsou tak malé, že je těžké si je představit. V takových případech se používá srovnání.
Zde je jeden z nich. Pokud jsou prsty sevřeny v pěst a zvětšeny na velikost zeměkoule, pak se atom při stejném zvětšení stane velikosti pěsti.
Počet molekul.
S velmi malými velikostmi molekul je jejich počet v jakémkoli makroskopickém tělese obrovský. Vypočítejme přibližný počet molekul v kapce vody o hmotnosti 1 g, tedy o objemu 1 cm3.
Průměr molekuly vody je přibližně 3 10 -8 cm. Za předpokladu, že každá molekula vody s hustým obalem molekul zaujímá objem (3 10 -8 cm) 3, zjistíte počet molekul v kapce vydělením kapky objem (1 cm 3) objemem na molekulu:
Hmotnost molekul.
Hmotnosti jednotlivých molekul a atomů jsou velmi malé. Vypočítali jsme, že 1 g vody obsahuje 3,7 10 22 molekul. Hmotnost jedné molekuly vody (H 2 0) je tedy rovna:
Molekuly jiných látek mají hmotnost stejného řádu, s výjimkou obrovských molekul organická hmota; například bílkoviny mají hmotnost stotisíckrát větší než hmotnost jednotlivých atomů. Ale přesto jsou jejich hmotnosti v makroskopických měřítcích (gramy a kilogramy) extrémně malé.
Relativní molekulová hmotnost.
Vzhledem k tomu, že hmotnosti molekul jsou velmi malé, je vhodné při výpočtech používat nikoli absolutní hodnoty hmotností, ale relativní.
Na základě mezinárodní dohody jsou hmotnosti všech atomů a molekul porovnávány s hmotnostmi atomu uhlíku (tzv. uhlíková stupnice atomových hmotností).
Relativní molekulová (nebo atomová) hmotnost M r látky je poměr hmotnosti m 0 molekuly (nebo atomu) dané látky k hmotnosti atomu uhlíku:
Relativní atomové hmotnosti všech chemických prvků jsou přesně měřeny. Sečtením relativních atomových hmotností prvků, které tvoří molekulu látky, můžeme vypočítat relativní molekulovou hmotnost látky. Například relativní molekulová hmotnost oxidu uhličitého CO2 je přibližně 44, protože relativní atomová hmotnost uhlík je téměř roven 12 a kyslík je přibližně 16: 12 + 2 16 = 44.
Porovnání atomů a molekul s hmotností atomu uhlíku bylo přijato v roce 1961. hlavní důvod Tato volba spočívá v tom, že uhlík je obsažen v obrovském množství různých chemických sloučenin. Faktor je zaveden tak, že relativní hmotnosti atomů jsou blízké celým číslům.
Molární hmotnost vody:
Pokud jsou molekuly v kapalině pevně sbalené a každá z nich se vejde do krychle objemu V 1 s žebrem d, Že .
Objem jedné molekuly: , kde: Vm jeden krtek N A je Avogadroovo číslo.
Objem jednoho molu kapaliny: , kde: M- jeho molární hmotnost je jeho hustota.
Průměr molekuly:
Při výpočtu máme: 
Relativní molekulová hmotnost hliníku Mr=27. Určete jeho hlavní molekulární charakteristiky.
1.Molární hmotnost hliníku: M=Mr. 10-3 M = 27. 10-3
Najděte koncentraci molekul helia (M = 4, 10 -3 kg / mol) za normálních podmínek (p = 10 5 Pa, T = 273 K), jejich střední kvadraturu rychlosti a hustotu plynu. Z jaké hloubky se vzduchová bublina vznáší v jezírku, pokud se její objem zdvojnásobí?Nevíme, zda teplota vzduchu v bublině zůstává stejná. Pokud je stejný, pak je proces výstupu popsán rovnicí pV=konst. Pokud se změní, pak rovnice pV/T=konst.
Odhadneme, zda uděláme velkou chybu, když zanedbáme změnu teploty.
Předpokládejme, že máme nejnepříznivější výsledek Nechť je velmi horké počasí a teplota vody na hladině nádrže dosáhne +25 0 C (298 K). U dna nesmí být teplota nižší než +4 0 C (277 K), protože tato teplota odpovídá maximální hustotě vody. Rozdíl teplot je tedy 21K. Ve vztahu k počáteční teplotě je tato hodnota %% Je nepravděpodobné, že se setkáme s takovou nádrží, jejíž teplotní rozdíl mezi hladinou a dnem je roven jmenované hodnotě. Bublina navíc stoupá dostatečně rychle a je nepravděpodobné, že se během výstupu stihne plně zahřát. Skutečná chyba tedy bude mnohem menší a změnu teploty vzduchu v bublině můžeme zcela zanedbat a k popisu procesu použít Boyle-Mariotteův zákon: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, Kde: p1- tlak vzduchu v bublině v hloubce h (p 1 = p atm. + rgh), p 2 je tlak vzduchu v bublině blízko povrchu. p2 = p atm.
 |
(p atm + rgh) V = p atm 2 V; ;
|
Sklenice otočená dnem vzhůru se naplní vzduchem. Problém uvádí, že sklo začíná klesat až v určité hloubce. Je zřejmé, že pokud se uvolní v hloubce menší, než je určitá kritická hloubka, bude plavat (předpokládá se, že sklo je umístěno přísně svisle a nepřevrhne se).
Hladina, nad kterou sklo plave a pod kterou klesá, je charakterizována rovností sil působících na sklo z různých stran.
Síly působící na sklo ve vertikálním směru jsou gravitační síla směrem dolů a vztlaková síla směrem nahoru.
Vztlaková síla souvisí s hustotou kapaliny, ve které je sklo umístěno, a objemem kapaliny jím vytlačené.
Gravitační síla působící na sklo je přímo úměrná jeho hmotnosti.
Z kontextu problému vyplývá, že jak sklo klesá, síla směrem nahoru klesá. K poklesu vztlakové síly může dojít pouze v důsledku snížení objemu vytlačené kapaliny, protože kapaliny jsou prakticky nestlačitelné a hustota vody na povrchu a v určité hloubce je stejná.
Snížení objemu vytlačené kapaliny může nastat v důsledku stlačení vzduchu ve skle, k němuž může naopak dojít v důsledku zvýšení tlaku. Změnu teploty při potápění skla můžeme ignorovat, pokud nám nejde o příliš vysokou přesnost výsledku. Odpovídající odůvodnění je uvedeno v předchozím příkladu.
Vztah mezi tlakem plynu a jeho objemem při konstantní teplotě vyjadřuje Boyle-Mariotteův zákon.
Tlak kapaliny se skutečně zvyšuje s hloubkou a přenáší se ve všech směrech, včetně nahoru, rovnoměrně.
Hydrostatický tlak je přímo úměrný hustotě kapaliny a její výšce (hloubce ponoření).
Když jsme zapsali jako výchozí rovnici rovnici charakterizující rovnovážný stav skla, postupně do ní dosazovali výrazy zjištěné při analýze problému a vyřešili výslednou rovnici s ohledem na požadovanou hloubku, dojdeme k závěru, že k získání číselné odpovědi potřebujeme znát hodnoty hustoty vody, atmosférického tlaku, hmotnosti skla, jeho objemu a zrychlení volného pádu.
Všechny výše uvedené úvahy lze zobrazit takto:
Protože v textu úlohy nejsou žádné údaje, nastavíme si je sami.
Vzhledem k tomu:
Hustota vody r=103 kg/m3.
Atmosférický tlak 10 5 Pa.
Objem sklenice je 200 ml = 200. 10-3 l \u003d 2. 10-4 m3.
Hmotnost skla je 50 g = 5. 10-2 kg.
Zrychlení volného pádu g = 10 m/s 2 .
Numerické řešení:
|
Problém zvedání balónku, stejně jako problém potápějící se sklenice, lze klasifikovat jako problém statický.
Koule se začne zvedat stejným způsobem, jako klesá sklo, jakmile je narušena rovnost sil působících na tato tělesa a směřujících nahoru a dolů. Na míč, stejně jako na sklo, působí gravitační síla směřující dolů a vztlaková síla směřující nahoru.
Vztlaková síla souvisí s hustotou studeného vzduchu obklopujícího míč. Tuto hustotu lze zjistit z Mendělejevovy-Clapeyronovy rovnice.
Gravitační síla je přímo úměrná hmotnosti míče. Hmota koule se zase skládá z hmoty skořepiny a hmoty horkého vzduchu uvnitř ní. Hmotnost horkého vzduchu lze také zjistit z Mendělejevovy-Clapeyronovy rovnice.
Schematicky lze zdůvodnění zobrazit takto:
Z rovnice lze vyjádřit požadovanou hodnotu, odhadnout možné hodnoty veličin nutných k získání numerického řešení problému, dosadit tyto veličiny do výsledné rovnice a najít odpověď v číselné podobě.
Uzavřená nádoba obsahuje 200 g helia. Plyn prochází složitým procesem. Změna jeho parametrů se projeví v grafu závislosti objemu na absolutní teplotě.1. Vyjádřete hmotnost plynu v SI.
2. Jaká je relativní molekulová hmotnost tohoto plynu?
3. Jaká je molární hmotnost tohoto plynu (v SI)?
4. Jaké je množství látky obsažené v nádobě?
5. Kolik molekul plynu je v nádobě?
6. Jaká je hmotnost jedné molekuly daného plynu?
7. Pojmenujte procesy v sekcích 1-2, 2-3, 3-1.
8. Určete objem plynu v bodech 1,2, 3, 4 v ml, l, m 3.
9. Určete teplotu plynu v bodech 1,2,3,4 při 0 C,K.
10. Určete tlak plynu v bodech 1, 2, 3, 4 v mm. rt. Umění. , bankomat, Pa.
11. Vyneste tento proces do grafu závislosti tlaku na absolutní teplotě.
12. Vyneste tento proces do grafu tlak versus objem.
Návod na řešení:
1. Viz stav.
2. Relativní molekulová hmotnost prvku se stanoví pomocí periodické tabulky.
3. M = M r 10-3 kg/mol.
7. p=const - izobarický; PROTI=konst-izochorický; T=konst - izoterm.
8. 1 m 3 \u003d 10 3 l; 1 l \u003d 10 3 ml. 9. T = t+ 273,10,1 atm. \u003d 10 5 Pa \u003d 760 mm Hg. Umění.
8-10. Můžete použít Mendělejevovu-Clapeyronovu rovnici, popř plynové zákony Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.
Odpovědi na problém
| m = 0,2 kg | |||||||
| Mr = 4 | |||||||
| M = 410-3 kg/mol | |||||||
| n = 50 mol | |||||||
| N = 31025 | |||||||
| m = 6,7 10-27 kg | |||||||
| 1 - 2 - izobarické | |||||||
| 2 - 3 - izochorické | |||||||
| 3 - 1 - izotermický | |||||||
| № | ml | l | m 3 | ||||
| 2 10 5 | 0,2 | ||||||
| 7 10 5 | 0,7 | ||||||
| 7 10 5 | 0,7 | ||||||
| 4 10 5 | 0,4 | ||||||
| № | 0 С | NA | |||||
| № | mmHg. | bankomat | Pa | ||||
| 7,6 10 3 | 10 6 | ||||||
| 7,6 10 3 | 10 6 | ||||||
| 2,28 10 3 | 0,3 10 6 | ||||||
| 3,8 10 3 | 0,5 10 6 | ||||||
 |
 |
||||||
