Immagine di struttura molecolare corpi a prima vista non concorda con la nostra esperienza abituale: non osserviamo queste singole particelle, i corpi ci sembrano continui. Tuttavia, questa obiezione non può essere considerata convincente. M. V. Lomonosov ha scritto in una delle sue opere: “È anche impossibile negare il movimento dove l'occhio non lo vede; chi negherà che le foglie ei rami degli alberi si muovono con un forte vento, anche se da lontano non noterà alcun movimento. Come qui, a causa della lontananza, così nei corpi caldi, a causa della piccolezza delle particelle di materia, il movimento è nascosto alla vista. Quindi, la ragione dell'apparente disaccordo è che gli atomi e le molecole sono estremamente piccoli.
Nel miglior microscopio ottico, che permette di distinguere oggetti di dimensioni non inferiori a , è impossibile considerare le singole molecole, anche le più grandi. Tuttavia, numerosi metodi indiretti hanno permesso non solo di dimostrare in modo affidabile l'esistenza di molecole e atomi, ma anche di stabilirne le dimensioni. Quindi, la dimensione di un atomo di idrogeno può essere considerata uguale; la lunghezza di una molecola di idrogeno, cioè la distanza tra i centri dei due atomi che la compongono, è uguale a. Esistono molecole più grandi, ad esempio le molecole proteiche (albumina) sono . Negli ultimi anni, grazie al dispositivo di uno speciale dispositivo che consente di studiare oggetti di dimensioni estremamente ridotte - un microscopio elettronico - è diventato possibile fotografare non solo grandi molecole, ma anche atomi.
Il fatto che le dimensioni delle molecole siano estremamente piccole può essere giudicato anche senza misurazioni, in base alla possibilità di ottenere quantità molto piccole di sostanze diverse. Diluendo l'inchiostro (ad esempio il verde) in un litro di acqua pura, e poi diluendo nuovamente questa soluzione in un litro d'acqua, otterremo una diluizione una volta. Tuttavia, vedremo che quest'ultima soluzione ha un colore verde evidente e allo stesso tempo è completamente omogenea. Pertanto, nel volume più piccolo che l'occhio può ancora distinguere, anche a questa diluizione, ci sono molte molecole di colorante, il che dimostra quanto siano piccole queste molecole.
L'oro può essere appiattito in fogli di spessore, e trattando tali fogli con una soluzione acquosa di cianuro di potassio, si possono ottenere fogli d'oro di spessore. Pertanto, la dimensione di una molecola d'oro è molto inferiore a un centesimo di micrometro.
Nelle figure rappresenteremo le molecole sotto forma di palline. Tuttavia, le molecole (e, come vedremo in seguito, gli atomi) hanno una struttura diversa per le diverse sostanze, spesso piuttosto complessa. Ad esempio, la forma e la struttura sono note non solo di molecole così semplici come (Fig. 370), ma anche di molecole incomparabilmente più complesse, contenenti molte migliaia di atomi.
Fig. 370. Schemi della struttura delle molecole d'acqua (a) e dell'anidride carbonica (b)
Vorrei parlare di cose importanti che raramente vengono spiegate sui siti delle aziende che vendono sistemi di pulizia, ma è molto più piacevole capire cosa c'è in gioco quando si sceglie un filtro per la propria famiglia o per il lavoro. Questa panoramica presenta alcuni aspetti importanti da considerare quando si sceglie un filtro.
Cosa sono micron e nanometri?
Se stavi cercando un filtro per l'acqua, molto probabilmente ti sei imbattuto nel nome "micron". Quando si tratta di cartucce meccaniche, è spesso possibile vedere frasi come "l'unità filtra particelle grossolane di sporco fino a 10 micron o più". Ma quanto sono 10 micron? Vorrei sapere che tipo di contaminazione e utilizzare una cartuccia progettata per 10 micron mancherà. Per quanto riguarda le membrane (che si tratti di un filtro di flusso o di un'osmosi inversa), viene utilizzato un altro termine: un nanometro, che è anche una dimensione difficile da rappresentare. Un micron è 0,001 millimetri, cioè se dividi condizionalmente un millimetro in 1000 divisioni, otteniamo solo 1 micron. Un nanometro è 0,001 micron, che è essenzialmente un milionesimo di millimetro. I nomi "micron" e "nanometro" sono stati coniati per semplificare la rappresentazione di numeri così piccoli.
I micron sono spesso usati per rappresentare la profondità di filtrazione prodotta dalle cartucce in polipropilene o carbone, i nanometri per rappresentare il livello di filtrazione prodotto dall'ultrafiltrazione o dalle membrane ad osmosi inversa.
In cosa differiscono i filtri per l'acqua?
Esistono 3 tipi principali di filtri: filtri di flusso, filtri di flusso con membrana di ultrafiltrazione (membrana) e filtri per osmosi inversa. Qual è la principale differenza tra questi sistemi? Un filtro di flusso può essere considerato una purificazione di base, poiché raramente purifica l'acqua fino a renderla potabile, ovvero, a differenza degli altri due tipi di filtri, dopo l'acqua corrente è necessario far bollire l'acqua prima di bere (l'eccezione sono i sistemi contenenti Aragon, Aqualen e materiale Ecomix). Filtri a membrana: i filtri con una membrana di ultrafiltrazione purificano l'acqua da tutti i tipi di contaminanti, ma lasciano intatto l'equilibrio salino dell'acqua, ovvero calcio, magnesio e altri minerali naturali rimangono nell'acqua. Il sistema di osmosi inversa purifica completamente l'acqua, inclusi minerali, batteri, sali: all'uscita del filtro, l'acqua contiene, stranamente, solo molecole d'acqua.
Il cloro è il più astuto degli inquinanti dell'acqua.
Generalmente, per purificare l'acqua dai contaminanti con un sistema a membrana, i pori della membrana devono essere più piccoli delle dimensioni dell'elemento. Tuttavia, questo non funziona con il cloro, poiché la dimensione della sua molecola è uguale alla dimensione di una molecola d'acqua, e se i pori della membrana sono più piccoli della dimensione del cloro, anche l'acqua non sarà in grado di passare . Ecco un tale paradosso. Pertanto, tutti i sistemi di osmosi inversa come parte dei prefiltri e come postfiltro hanno cartucce di carbone che purificano a fondo il cloro dall'acqua. E nota, dal momento che il principale " male alla testa"L'acqua ucraina è esattamente cloro, se vuoi acquistare l'osmosi inversa, dovresti scegliere un sistema con due cartucce di carbone nel prefiltro - questo indica la qualità della purificazione.
Ci auguriamo che le informazioni fornite ti siano state utili. Ulteriori informazioni possono essere trovate sul sito web
Le molecole hanno dimensioni e varie forme. Per chiarezza, rappresenteremo una molecola sotto forma di una palla, immaginando che sia coperta da una superficie sferica, all'interno della quale si trovano i gusci elettronici dei suoi atomi (Fig. 4, a). Secondo i concetti moderni, le molecole non hanno un diametro definito geometricamente. Pertanto, si è convenuto di prendere la distanza tra i centri di due molecole (Fig. 4b) come il diametro d di una molecola, così vicino che le forze di attrazione tra di loro sono bilanciate dalle forze di repulsione.
Dal corso di chimica "è noto che una chilogrammo-molecola (kilomole) di qualsiasi sostanza, indipendentemente dal suo stato di aggregazione, contiene lo stesso numero di molecole, chiamato numero di Avogadro, vale a dire NA \u003d 6,02 * 10 26 molecole.
Ora stimiamo il diametro di una molecola, ad esempio l'acqua. Per fare ciò, dividiamo il volume di una chilomole di acqua per il numero di Avogadro. Una chilomole di acqua ha una massa 18 kg. Supponendo che le molecole d'acqua si trovino vicine l'una all'altra e la sua densità 1000 kg/m3, possiamo dirlo 1 kmol l'acqua occupa un volume V \u003d 0,018 m 3. Volume per molecola di acqua
Prendendo la molecola come una palla e usando la formula del volume della palla, calcoliamo il diametro approssimativo, altrimenti la dimensione lineare della molecola d'acqua:
Diametro della molecola di rame 2,25*10-10 mt. I diametri delle molecole di gas sono dello stesso ordine. Ad esempio, il diametro di una molecola di idrogeno 2,47 * 10-10 metri, diossido di carbonio - 3,32*10-10 m. Quindi la molecola ha un diametro dell'ordine 10-10 m. Sulla lunghezza 1 cm 100 milioni di molecole possono trovarsi nelle vicinanze.
Stimiamo la massa di una molecola, ad esempio lo zucchero (C 12 H 22 O 11). Per fare questo, hai bisogno di una massa di kilomoli di zucchero (μ = 342,31 kg/kmol) diviso per il numero di Avogadro, cioè per il numero di molecole in
« Fisica - Grado 10"
Quali oggetti fisici (sistemi) studia la fisica molecolare?
Come distinguere tra fenomeni meccanici e termici?
La teoria cinetico-molecolare della struttura della materia si basa su tre affermazioni:
1) la sostanza è costituita da particelle;
2) queste particelle si muovono in modo casuale;
3) le particelle interagiscono tra loro.
Ogni affermazione è rigorosamente provata da esperimenti.
Le proprietà e il comportamento di tutti i corpi senza eccezioni sono determinati dal movimento delle particelle che interagiscono tra loro: molecole, atomi o anche formazioni più piccole - particelle elementari.
Stima delle dimensioni delle molecole. Per essere completamente sicuri dell'esistenza delle molecole, è necessario determinarne le dimensioni. Il modo più semplice per farlo è osservare la diffusione di una goccia d'olio, come l'olio d'oliva, sulla superficie dell'acqua. L'olio non occuperà mai l'intera superficie se prendiamo un recipiente sufficientemente largo (Fig. 8.1). È impossibile forzare una goccia di 1 mm 2 a diffondersi in modo che occupi una superficie superiore a 0,6 m 2 . Supponiamo che quando l'olio si diffonde sull'area massima, formi uno strato con uno spessore di una sola molecola - uno "strato monomolecolare". È facile determinare lo spessore di questo strato e quindi stimare la dimensione della molecola dell'olio d'oliva.
Il volume V dello strato di olio è uguale al prodotto della sua area superficiale S e dello spessore d dello strato, cioè V = Sd. Pertanto, la dimensione lineare di una molecola di olio d'oliva è:
Elettrodomestici moderni consentono di vedere e persino misurare singoli atomi e molecole. La Figura 8.2 mostra una microfotografia della superficie di un wafer di silicio, dove le protuberanze sono singoli atomi di silicio. Tali immagini sono state apprese per la prima volta nel 1981 utilizzando complessi microscopi a effetto tunnel.
Le molecole, compreso l'olio d'oliva, sono più grandi degli atomi. Il diametro di qualsiasi atomo è approssimativamente uguale a 10-8 cm Queste dimensioni sono così piccole che è difficile immaginarle. In tali casi, vengono utilizzati i confronti.
Ecco uno di loro. Se le dita sono serrate a pugno e ingrandite fino alle dimensioni del globo, allora l'atomo, allo stesso ingrandimento, assumerà le dimensioni di un pugno.
Numero di molecole.
Con molecole di dimensioni molto piccole, il loro numero in qualsiasi corpo macroscopico è enorme. Calcoliamo il numero approssimativo di molecole in una goccia d'acqua con una massa di 1 g e, quindi, un volume di 1 cm3.
Il diametro di una molecola d'acqua è di circa 3 10 -8 cm Supponendo che ogni molecola d'acqua con un denso impacchettamento di molecole occupi un volume (3 10 -8 cm) 3, puoi trovare il numero di molecole in una goccia dividendo la goccia volume (1 cm 3) per volume, per molecola:
Massa delle molecole.
Le masse delle singole molecole e degli atomi sono molto piccole. Abbiamo calcolato che 1 g di acqua contiene 3,7 10 22 molecole. Pertanto, la massa di una molecola d'acqua (H 2 0) è uguale a:
Le molecole di altre sostanze hanno una massa dello stesso ordine, escluse le molecole enormi materia organica; per esempio, le proteine hanno una massa centinaia di migliaia di volte maggiore della massa dei singoli atomi. Tuttavia, le loro masse su scale macroscopiche (grammi e chilogrammi) sono estremamente piccole.
Peso molecolare relativo.
Poiché le masse delle molecole sono molto piccole, è conveniente utilizzare nei calcoli non i valori assoluti delle masse, ma quelli relativi.
Per accordo internazionale, le masse di tutti gli atomi e le molecole vengono confrontate con le masse di un atomo di carbonio (la cosiddetta scala del carbonio delle masse atomiche).
La massa molecolare (o atomica) relativa M r di una sostanza è il rapporto tra la massa m 0 di una molecola (o atomo) di una data sostanza e la massa di un atomo di carbonio:
Le masse atomiche relative di tutti gli elementi chimici sono misurate accuratamente. Sommando le masse atomiche relative degli elementi che compongono la molecola di una sostanza, possiamo calcolare il peso molecolare relativo della sostanza. Ad esempio, il peso molecolare relativo dell'anidride carbonica CO 2 è di circa 44, poiché il relativo massa atomica il carbonio è quasi uguale a 12 e l'ossigeno è approssimativamente 16: 12 + 2 16 = 44.
Il confronto di atomi e molecole con la massa di un atomo di carbonio è stato adottato nel 1961. motivo principale Questa scelta è che il carbonio è incluso in un numero enorme di diversi composti chimici. Il fattore viene introdotto in modo che le masse relative degli atomi siano vicine ai numeri interi.
Massa molare dell'acqua:
Se le molecole in un liquido sono strettamente imballate e ciascuna di esse si adatta a un cubo di volume V 1 con una costola d, poi .
Il volume di una molecola: , dove: Vm una talpa N / Aè il numero di Avogadro.
Il volume di una mole di liquido: , dove: M- la sua massa molare è la sua densità.
Diametro della molecola:
Calcolando, abbiamo: 
Peso molecolare relativo dell'alluminio Mr=27. Determinare le sue principali caratteristiche molecolari.
1.Massa molare dell'alluminio: M=Mr. 10-3 milioni = 27. 10-3
Trova la concentrazione di molecole, elio (M = 4. 10 -3 kg / mol) in condizioni normali (p = 10 5 Pa, T = 273K), la loro velocità quadratica media e la densità del gas. Da quale profondità una bolla d'aria galleggia in uno stagno se il suo volume raddoppia?Non sappiamo se la temperatura dell'aria nella bolla rimane la stessa. Se è lo stesso, il processo di ascesa è descritto dall'equazione pV=cost. Se cambia, allora l'equazione pV/T=cost.
Stimiamo se commettiamo un grosso errore se trascuriamo il cambiamento di temperatura.
Supponiamo di avere il risultato più sfavorevole Lascia che il clima sia molto caldo e la temperatura dell'acqua sulla superficie del serbatoio raggiunga +25 0 C (298 K). In basso la temperatura non può essere inferiore a +4 0 C (277 K), poiché questa temperatura corrisponde alla massima densità dell'acqua. Pertanto, la differenza di temperatura è di 21 K. In relazione alla temperatura iniziale, questo valore è %% È improbabile che incontreremo un tale serbatoio, la differenza di temperatura tra la superficie e il fondo del quale è uguale al valore indicato. Inoltre, la bolla sale abbastanza velocemente ed è improbabile che durante la salita abbia il tempo di riscaldarsi completamente. Pertanto, l'errore reale sarà molto più piccolo e possiamo trascurare completamente il cambiamento della temperatura dell'aria nella bolla e utilizzare la legge di Boyle-Mariotte per descrivere il processo: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, dove: p1- pressione dell'aria nella bolla in profondità h (p 1 = p atm. + rgh), p 2è la pressione dell'aria nella bolla vicino alla superficie. p 2 = p atm.
 |
(p atm + rgh)V =p atm 2V; ;
|
Il bicchiere capovolto è pieno d'aria. Il problema afferma che il vetro inizia ad affondare solo a una certa profondità. Apparentemente, se viene rilasciato a una profondità inferiore a una certa profondità critica, galleggerà (si presume che il vetro sia posizionato rigorosamente in verticale e non si ribalti).
Il livello, al di sopra del quale il vetro galleggia e al di sotto del quale affonda, è caratterizzato dall'uguaglianza delle forze applicate al vetro da lati diversi.
Le forze che agiscono sul vetro in direzione verticale sono la forza di gravità verso il basso e la forza di galleggiamento verso l'alto.
La forza di galleggiamento è correlata alla densità del liquido in cui è posto il bicchiere e al volume del liquido spostato da esso.
La forza di gravità che agisce su un bicchiere è direttamente proporzionale alla sua massa.
Dal contesto del problema risulta che man mano che il vetro affonda, la forza verso l'alto diminuisce. Una diminuzione della forza di galleggiamento può verificarsi solo a causa di una diminuzione del volume del liquido spostato, poiché i liquidi sono praticamente incomprimibili e la densità dell'acqua in superficie e ad una certa profondità è la stessa.
Una diminuzione del volume del liquido spostato può verificarsi a causa della compressione dell'aria nel vetro, che a sua volta può verificarsi a causa di un aumento della pressione. Il cambiamento di temperatura mentre il vetro affonda può essere ignorato se non siamo interessati a una precisione troppo elevata del risultato. La giustificazione corrispondente è data nell'esempio precedente.
La relazione tra la pressione di un gas e il suo volume a temperatura costante è espressa dalla legge di Boyle-Mariotte.
La pressione del fluido aumenta davvero con la profondità e viene trasmessa in tutte le direzioni, anche verso l'alto, allo stesso modo.
La pressione idrostatica è direttamente proporzionale alla densità del liquido e alla sua altezza (profondità di immersione).
Annotata come equazione iniziale l'equazione che caratterizza lo stato di equilibrio del vetro, sostituendovi successivamente le espressioni trovate durante l'analisi del problema e risolvendo l'equazione risultante rispetto alla profondità desiderata, si giunge alla conclusione che per per ottenere una risposta numerica occorre conoscere i valori di densità dell'acqua, pressione atmosferica, massa vetrosa, suo volume e accelerazione di caduta libera.
Tutto il ragionamento di cui sopra può essere visualizzato come segue:
Poiché non ci sono dati nel testo dell'attività, lo imposteremo noi stessi.
Dato:
Densità dell'acqua r=10 3 kg/m 3 .
Pressione atmosferica 10 5 Pa.
Il volume del bicchiere è 200 ml = 200. 10 -3 litri \u003d 2. 10 -4 m3.
La massa del vetro è 50 g = 5. 10-2 kg.
Accelerazione di caduta libera g = 10 m/s 2 .
Soluzione numerica:
|
Il problema di sollevare un pallone, come il problema di un bicchiere che affonda, può essere classificato come un problema statico.
La palla inizierà a salire nello stesso modo in cui il bicchiere affonda, non appena viene violata l'uguaglianza delle forze applicate a questi corpi e dirette su e giù. La palla, come il bicchiere, è soggetta alla forza di gravità diretta verso il basso e alla forza di galleggiamento diretta verso l'alto.
La forza di galleggiamento è correlata alla densità dell'aria fredda che circonda la palla. Questa densità può essere trovata dall'equazione di Mendeleev-Clapeyron.
La forza di gravità è direttamente proporzionale alla massa della palla. La massa della palla, a sua volta, è costituita dalla massa del guscio e dalla massa di aria calda al suo interno. La massa di aria calda può anche essere trovata dall'equazione di Mendeleev-Clapeyron.
Schematicamente, il ragionamento può essere visualizzato come segue:
Dall'equazione si può esprimere il valore desiderato, stimare i possibili valori delle quantità necessarie per ottenere una soluzione numerica al problema, sostituire queste quantità nell'equazione risultante e trovare la risposta in forma numerica.
Un recipiente chiuso contiene 200 g di elio. Il gas passa attraverso un processo complesso. La variazione dei suoi parametri si riflette nel grafico della dipendenza del volume dalla temperatura assoluta.1. Esprimi la massa del gas in SI.
2. Qual è il peso molecolare relativo di questo gas?
3. Qual è la massa molare di questo gas (in SI)?
4. Qual è la quantità della sostanza contenuta nel recipiente?
5. Quante molecole di gas ci sono nel recipiente?
6. Qual è la massa di una molecola di un dato gas?
7. Denominare i processi nelle sezioni 1-2, 2-3, 3-1.
8. Determinare il volume di gas nei punti 1,2, 3, 4 in ml, l, m 3.
9. Determinare la temperatura del gas nei punti 1,2, 3, 4 a 0 C, K.
10. Determinare la pressione del gas nei punti 1, 2, 3, 4 in mm. rt. Arte. , atm, Pa.
11. Rappresentare questo processo su un grafico della pressione rispetto alla temperatura assoluta.
12. Rappresentare questo processo su un grafico pressione/volume.
Istruzioni per la soluzione:
1. Vedi condizione.
2. Il peso molecolare relativo di un elemento è determinato utilizzando la tavola periodica.
3. M=Sig 10-3kg/mol.
7. p=cost - isobarico; v=const-isocorico; T=cost - isoterma.
8. 1 m 3 \u003d 10 3 l; 1 litro \u003d 10 3 ml. nove. T = t+ 273.10.1atm. \u003d 10 5 Pa \u003d 760 mmHg. Arte.
8-10. Puoi usare l'equazione di Mendeleev-Clapeyron o leggi sui gas Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.
Risposte al problema
| m = 0,2 kg | |||||||
| Mr = 4 | |||||||
| M = 4 10 -3 kg/mol | |||||||
| n = 50 mol | |||||||
| N = 3 10 25 | |||||||
| m = 6,7 10-27 kg | |||||||
| 1 - 2 - isobarico | |||||||
| 2 - 3 - isocoro | |||||||
| 3 - 1 - isotermico | |||||||
| № | 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 C | A | |||||
| № | mmHg. | ATM | papà | ||||
| 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 | ||||||
 |
 |
||||||
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