Bilde av molekylær struktur kropper ved første øyekast stemmer ikke overens med vår vanlige erfaring: vi observerer ikke disse individuelle partiklene, kroppene ser ut til å være kontinuerlige. Denne innvendingen kan imidlertid ikke anses som overbevisende. M. V. Lomonosov skrev i et av verkene sine: «Det er også umulig å nekte bevegelse der øyet ikke ser det; som vil benekte at bladene og grenene på trærne beveger seg i sterk vind, selv om han på avstand ikke vil merke noen bevegelse. Som her, på grunn av avstand, så i varme kropper, på grunn av små partikler av materie, er bevegelse skjult. Så grunnen til den tilsynelatende uenigheten er at atomer og molekyler er ekstremt små.
I det beste optiske mikroskopet, som gjør det mulig å skille gjenstander hvis dimensjoner ikke er mindre enn , er det umulig å vurdere individuelle molekyler, selv de største. Imidlertid gjorde en rekke indirekte metoder det mulig ikke bare å pålitelig bevise eksistensen av molekyler og atomer, men til og med å fastslå størrelsen deres. Så størrelsen på et hydrogenatom kan betraktes som lik; lengden på et hydrogenmolekyl, dvs. avstanden mellom sentrene til de to atomene som utgjør det, er lik. Det er større molekyler, for eksempel proteinmolekyler (albumin) er . De siste årene, takket være enheten til en spesiell enhet som gjør det mulig å studere objekter av ekstremt små størrelser - et elektronmikroskop - har det blitt mulig å fotografere ikke bare store molekyler, men også atomer.
At størrelsen på molekylene er ekstremt små kan bedømmes selv uten målinger, basert på muligheten for å få tak i svært små mengder forskjellige stoffer. Ved å fortynne blekk (for eksempel grønt) i en liter rent vann, og deretter fortynne denne løsningen igjen i en liter vann, vil vi få en fortynning på én gang. Likevel vil vi se at sistnevnte løsning har en merkbar grønn farge og samtidig er helt homogen. Derfor er det i det minste volumet som øyet fortsatt kan skjelne, selv ved denne fortynningen, mange fargestoffmolekyler.Dette viser hvor små disse molekylene er.
Gull kan flates ut til ark med tykkelse, og ved å behandle slike ark med en vandig løsning av kaliumcyanid, kan ark med tykkelse oppnås. Derfor er størrelsen på et gullmolekyl mye mindre enn en hundredel av en mikrometer.
I figurene vil vi skildre molekyler i form av kuler. Imidlertid har molekyler (og, som vi skal se senere, atomer) en struktur som er forskjellig for forskjellige stoffer, ofte ganske komplekse. For eksempel er formen og strukturen til ikke bare slike enkle "molekyler" som (fig. 370), men også uforlignelig mer komplekse, som inneholder mange tusen atomer, kjent.
Fig. 370. Skjemaer av strukturen til vannmolekyler (a) og karbondioksid (b)
Jeg vil gjerne snakke om viktige ting som sjelden blir forklart på nettsidene til selskaper som selger rengjøringssystemer, men det er mye mer behagelig å forstå hva som står på spill når du velger et filter for familien eller jobben. Denne oversikten presenterer noen viktige aspekter å vurdere når du velger et filter.
Hva er mikron og nanometer?
Hvis du var på utkikk etter et vannfilter, så kom du mest sannsynlig over navnet "mikron". Når det kommer til mekaniske patroner, kan du ofte se setninger som "enheten filtrerer grove smusspartikler opp til 10 mikron eller mer." Men hvor mye er 10 mikron? Jeg vil gjerne vite hva slags forurensning og bruk en patron designet for 10 mikron vil savne. Når det gjelder membraner (det være seg et strømningsfilter eller omvendt osmose), brukes et annet begrep - en nanometer, som også er en vanskelig størrelse å representere. En mikron er 0,001 millimeter, det vil si at hvis du betinget deler en millimeter inn i 1000 divisjoner, får vi bare 1 mikron. En nanometer er 0,001 mikron, som i hovedsak er en milliondels millimeter. Navnene "mikron" og "nanometer" er laget for å forenkle representasjonen av så små tall.
Mikron brukes oftest for å representere dybden av filtrering produsert av polypropylen eller karbonpatroner, nanometer for å representere nivået av filtrering produsert av ultrafiltrering eller omvendt osmose membraner.
Hvordan er vannfiltre forskjellige?
Det er 3 hovedtyper av filtre: strømningsfiltre, strømningsfiltre med ultrafiltreringsmembran (membran) og omvendt osmosefiltre. Hva er hovedforskjellen mellom disse systemene? Et strømningsfilter kan betraktes som grunnleggende rensing, siden det sjelden renser vann til drikketilstand - det vil si, i motsetning til de to andre typene filtre, må du etter rennende vann koke vann før du drikker (unntakene er systemer som inneholder Aragon, Aqualen og Ecomix-materiale). Membranfiltre- filtre med ultrafiltreringsmembran renser vann fra alle typer forurensninger, men lar saltbalansen i vannet være intakt - det vil si at naturlig kalsium, magnesium og andre mineraler forblir i vannet. Det omvendte osmosesystemet renser vann fullstendig, inkludert mineraler, bakterier, salter - ved filterutløpet inneholder vannet, merkelig nok, bare vannmolekyler.
Klor er den mest utspekulerte av vannforurensningene.
Vanligvis for å rense vann fra en forurensning membransystem, må porene i membranen være mindre enn dimensjonene til elementet. Dette fungerer imidlertid ikke med klor, siden størrelsen på molekylet er lik størrelsen på et vannmolekyl, og hvis porene i membranen gjøres mindre enn størrelsen på klor, vil vann heller ikke kunne passere . Her er et slikt paradoks. Derfor har alle omvendt osmosesystemer som del av forfiltre og som etterfilter karbonpatroner som grundig renser klor fra vann. Og merk, siden de viktigste " hodepine"Ukrainsk vann er nøyaktig klor, hvis du vil kjøpe omvendt osmose, bør du velge et system med to karbonpatroner i forfilteret - dette indikerer kvaliteten på rensingen.
Vi håper informasjonen har vært nyttig for deg. Mer informasjon finner du på nettsiden
Molekyler har størrelser og ulike former. For klarhetens skyld vil vi avbilde et molekyl i form av en ball, og forestille oss at det er dekket av en sfærisk overflate, inni hvilken er elektronskallene til dets atomer (fig. 4, a). I følge moderne konsepter har ikke molekyler en geometrisk definert diameter. Derfor ble det avtalt å ta avstanden mellom sentrene til to molekyler (fig. 4b) som diameteren d til et molekyl, så nært at tiltrekningskreftene mellom dem balanseres av frastøtningskreftene.
Fra løpet av kjemi "er det kjent at et kilogram-molekyl (kilomol) av ethvert stoff, uavhengig av dets aggregeringstilstand, inneholder det samme antall molekyler, kalt Avogadro-tallet, nemlig N A \u003d 6,02 * 10 26 molekyler.
La oss nå anslå diameteren til et molekyl, for eksempel vann. For å gjøre dette deler vi volumet av en kilomol vann med Avogadro-tallet. En kilomol vann har en masse 18 kg. Forutsatt at vannmolekyler befinner seg nær hverandre og dens tetthet 1000 kg / m 3, det kan vi si 1 kmol vann opptar et volum V \u003d 0,018 m 3. Volum per vannmolekyl
Ved å ta molekylet som en ball og bruke ballvolumformelen, beregner vi den omtrentlige diameteren, ellers den lineære størrelsen på vannmolekylet:
Kobbermolekylets diameter 2,25*10 -10 m. Diametrene til gassmolekylene er av samme størrelsesorden. For eksempel diameteren til et hydrogenmolekyl 2,47 * 10 -10 m, karbondioksid - 3,32*10 -10 m. Så molekylet har en diameter i orden 10 -10 m. På lengde 1 cm 100 millioner molekyler kan være lokalisert i nærheten.
La oss beregne massen til et molekyl, for eksempel sukker (C 12 H 22 O 11). For å gjøre dette trenger du en masse kilomol sukker (μ = 342,31 kg/kmol) delt på Avogadro-tallet, dvs. på antall molekyler i
« Fysikk - klasse 10"
Hvilke fysiske objekter (systemer) studerer molekylær fysikk?
Hvordan skille mellom mekaniske og termiske fenomener?
Den molekylær-kinetiske teorien om materiens struktur er basert på tre utsagn:
1) stoffet består av partikler;
2) disse partiklene beveger seg tilfeldig;
3) partikler samhandler med hverandre.
Hver påstand er strengt bevist av eksperimenter.
Egenskapene og oppførselen til alle legemer uten unntak bestemmes av bevegelsen av partikler som interagerer med hverandre: molekyler, atomer eller enda mindre formasjoner - elementære partikler.
Estimering av størrelsen på molekyler. For å være helt sikker på eksistensen av molekyler, er det nødvendig å bestemme størrelsen deres. Den enkleste måten å gjøre dette på er å observere spredningen av en dråpe olje, for eksempel olivenolje, på overflaten av vannet. Olje vil aldri oppta hele overflaten hvis vi tar et tilstrekkelig bredt kar (fig. 8.1). Det er umulig å tvinge en dråpe på 1 mm 2 til å spre seg slik at den opptar et overflateareal på mer enn 0,6 m 2 . Anta at når oljen sprer seg over det maksimale området, danner den et lag med en tykkelse på bare ett molekyl - et "monomolekylært lag". Det er lett å bestemme tykkelsen på dette laget og dermed anslå størrelsen på olivenoljemolekylet.
Volumet V av oljelaget er lik produktet av overflatearealet S og tykkelsen d av laget, dvs. V = Sd. Derfor er den lineære størrelsen på et olivenoljemolekyl:
Moderne hvitevarer lar deg se og til og med måle individuelle atomer og molekyler. Figur 8.2 viser et mikrofotografi av overflaten til en silisiumplate, hvor ujevnhetene er individuelle silisiumatomer. Slike bilder ble først lært å bli tatt i 1981 ved bruk av komplekse tunnelmikroskoper.
Molekyler, inkludert olivenolje, er større enn atomer. Diameteren til ethvert atom er omtrent 10 -8 cm. Disse dimensjonene er så små at det er vanskelig å forestille seg dem. I slike tilfeller brukes sammenligninger.
Her er en av dem. Hvis fingrene knyttes til en knyttneve og forstørres til klodens størrelse, vil atomet, ved samme forstørrelse, bli på størrelse med en knyttneve.
Antall molekyler.
Med svært små størrelser av molekyler, er antallet av dem i enhver makroskopisk kropp enorm. Vi beregner det omtrentlige antallet molekyler i en vanndråpe med en masse på 1 g og derfor et volum på 1 cm 3.
Diameteren til et vannmolekyl er omtrent 3 10 -8 cm. Forutsatt at hvert vannmolekyl med en tett pakking av molekyler opptar et volum (3 10 -8 cm) 3, kan du finne antall molekyler i en dråpe ved å dele på dråpevolum (1 cm 3) med volumet, per molekyl:
Masse av molekyler.
Massene av individuelle molekyler og atomer er svært små. Vi beregnet at 1 g vann inneholder 3,7 10 22 molekyler. Derfor er massen til ett vannmolekyl (H 2 0) lik:
Molekyler av andre stoffer har en masse av samme orden, unntatt enorme molekyler organisk materiale; for eksempel har proteiner en masse hundretusenvis av ganger større enn massen til individuelle atomer. Men fortsatt er massene deres på makroskopiske skalaer (gram og kilogram) ekstremt små.
Relativ molekylvekt.
Siden massene av molekyler er veldig små, er det praktisk å bruke i beregninger ikke de absolutte verdiene til massene, men relative.
Ved internasjonal avtale sammenlignes massene til alle atomer og molekyler med massene til et karbonatom (den såkalte karbonskalaen for atommasser).
Den relative molekylære (eller atomære) massen M r til et stoff er forholdet mellom massen m 0 av et molekyl (eller atom) til et gitt stoff og massen til et karbonatom:
De relative atommassene til alle kjemiske elementer er nøyaktig målt. Ved å legge til de relative atommassene til grunnstoffene som utgjør molekylet til et stoff, kan vi beregne den relative molekylvekten til stoffet. For eksempel er den relative molekylvekten til karbondioksid CO 2 omtrent 44, siden den relative atommasse karbon er nesten lik 12, og oksygen er omtrent 16: 12 + 2 16 = 44.
Sammenligningen av atomer og molekyler med massen til et karbonatom ble vedtatt i 1961. hovedårsaken Dette valget er at karbon er inkludert i et stort antall forskjellige kjemiske forbindelser. Faktoren er introdusert slik at de relative massene av atomer er nær heltall.
Molar masse vann:
Hvis molekylene i en væske er tettpakket og hver av dem passer inn i en volumkube V 1 med et ribbein d, Det.
Volumet til ett molekyl: , hvor: Vm en føflekk N A er Avogadros nummer.
Volumet av en mol væske: , hvor: M- dens molare masse er dens tetthet.
Molekyldiameter:
Når vi regner ut, har vi: 
Relativ molekylvekt av aluminium Mr=27. Bestem dens viktigste molekylære egenskaper.
1. Molar masse av aluminium: M=Mr. 10-3 M = 27. 10-3
Finn konsentrasjonen av molekyler, helium (M = 4. 10 -3 kg / mol) under normale forhold (p = 10 5 Pa, T = 273K), deres rot-middelkvadrathastighet og gasstetthet. Fra hvilken dybde flyter en luftboble opp i en dam hvis volumet dobles?Vi vet ikke om temperaturen på luften i boblen forblir den samme. Hvis det er det samme, er oppstigningsprosessen beskrevet av ligningen pV=konst. Hvis det endres, så ligningen pV/T=konst.
La oss anslå om vi gjør en stor feil hvis vi ser bort fra temperaturendringen.
Anta at vi har det mest ugunstige resultatet La været være veldig varmt og vanntemperaturen på overflaten av reservoaret når +25 0 C (298 K). I bunnen kan ikke temperaturen være lavere enn +4 0 C (277 K), siden denne temperaturen tilsvarer maksimal tetthet av vann. Dermed er temperaturforskjellen 21K. I forhold til starttemperaturen er denne verdien %% Det er usannsynlig at vi møter et slikt reservoar, hvor temperaturforskjellen mellom overflaten og bunnen er lik den navngitte verdien. I tillegg stiger boblen raskt nok, og det er usannsynlig at den under oppstigningen vil ha tid til å varme seg helt opp. Dermed vil den virkelige feilen være mye mindre, og vi kan fullstendig neglisjere endringen i lufttemperatur i boblen og bruke Boyle-Mariotte-loven for å beskrive prosessen: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, Hvor: p1- lufttrykk i boblen i dybden h (p 1 = p atm. + rgh), p 2 er lufttrykket i boblen nær overflaten. p 2 = p atm.
 |
(p atm + rgh)V =p atm 2V; ;
|
Glasset snudd på hodet er fylt med luft. Problemet sier at glasset begynner å synke bare på en viss dybde. Tilsynelatende, hvis det frigjøres på en dybde mindre enn en kritisk dybde, vil det flyte (det antas at glasset er plassert strengt vertikalt og ikke velter).
Nivået som glasset flyter over, og under hvilket det synker, er preget av like krefter som påføres glasset fra forskjellige sider.
Kreftene som virker på glasset i vertikal retning er tyngdekraften nedover og oppdriftskraften.
Flytekraften er relatert til tettheten til væsken som glasset er plassert i og volumet av væske som fortrenges av det.
Tyngdekraften som virker på glasset er direkte proporsjonal med massen.
Det følger av sammenhengen med problemet at når glasset synker, avtar den oppadgående kraften. En reduksjon i oppdriftskraften kan bare oppstå på grunn av en reduksjon i volumet av den fortrengte væsken, siden væsker er praktisk talt inkompressible og tettheten av vann på overflaten og på en viss dybde er den samme.
En reduksjon i volumet av den fortrengte væsken kan oppstå på grunn av komprimering av luften i glasset, som igjen kan oppstå på grunn av en økning i trykket. Endringen i temperatur når glasset synker kan ignoreres dersom vi ikke er interessert i for høy nøyaktighet på resultatet. Den tilsvarende begrunnelsen er gitt i forrige eksempel.
Forholdet mellom trykket til en gass og dens volum ved konstant temperatur er uttrykt av Boyle-Mariottes lov.
Væsketrykket øker virkelig med dybden og overføres i alle retninger, inkludert oppover, likt.
Hydrostatisk trykk er direkte proporsjonalt med væskens tetthet og dens høyde (nedsenkingsdybde).
Etter å ha skrevet ned som den innledende ligningen ligningen som karakteriserer likevektstilstanden til glasset, suksessivt erstattet uttrykkene som ble funnet under analysen av problemet og løst den resulterende ligningen med hensyn til ønsket dybde, kommer vi til den konklusjon at for å for å få et numerisk svar, må vi kjenne verdiene for vanntetthet, atmosfærisk trykk, masseglass, volum og akselerasjon for fritt fall.
Alle de ovennevnte resonnementene kan vises som følger:
Siden det ikke er data i oppgaveteksten, setter vi det selv.
Gitt:
Vanntetthet r=10 3 kg/m 3 .
Atmosfærisk trykk 10 5 Pa.
Volumet på glasset er 200 ml = 200. 10 -3 l \u003d 2. 10 -4 m 3.
Massen til glasset er 50 g = 5. 10 -2 kg.
Fritt fallakselerasjon g = 10 m/s 2 .
Numerisk løsning:
|
Problemet med å løfte en ballong, som problemet med et synkende glass, kan klassifiseres som et statisk problem.
Kulen vil begynne å heve seg på samme måte som glasset synker, så snart likestillingen mellom kreftene som påføres disse kroppene og rettet opp og ned blir krenket. Kulen er i likhet med glasset utsatt for tyngdekraften rettet nedover og flytekraften rettet oppover.
Flytekraften er relatert til tettheten til den kalde luften som omgir ballen. Denne tettheten kan bli funnet fra Mendeleev-Clapeyron-ligningen.
Tyngdekraften er direkte proporsjonal med massen til ballen. Massen til ballen består på sin side av massen av skallet og massen av varm luft inne i den. Massen av varm luft kan også bli funnet fra Mendeleev-Clapeyron-ligningen.
Skjematisk kan resonnementet vises som følger:
Fra ligningen kan man uttrykke ønsket verdi, estimere mulige verdier av mengdene som er nødvendige for å få en numerisk løsning på problemet, erstatte disse mengdene i den resulterende ligningen og finne svaret i numerisk form.
Et lukket kar inneholder 200 g helium. Gassen går gjennom en kompleks prosess. Endringen i parameterne gjenspeiles i grafen for volumets avhengighet av den absolutte temperaturen.1. Uttrykk massen av gass i SI.
2. Hva er den relative molekylvekten til denne gassen?
3. Hva er molmassen til denne gassen (i SI)?
4. Hva er mengden av stoffet i karet?
5. Hvor mange gassmolekyler er det i karet?
6. Hva er massen til ett molekyl i en gitt gass?
7. Navngi prosessene i avsnitt 1-2, 2-3, 3-1.
8. Bestem volumet av gass i punktene 1,2, 3, 4 i ml, l, m 3.
9. Bestem gasstemperaturen ved punktene 1,2, 3, 4 ved 0 C, K.
10. Bestem gasstrykket ved punktene 1, 2, 3, 4 i mm. rt. Kunst. , minibank, Pa.
11. Plott denne prosessen på en graf av trykk mot absolutt temperatur.
12. Plott denne prosessen på en trykk versus volum graf.
Løsningsinstruksjoner:
1. Se tilstand.
2. Den relative molekylvekten til et grunnstoff bestemmes ved hjelp av det periodiske system.
3. M=M r 10 -3 kg/mol.
7. s=const - isobarisk; V=konst-isokorisk; T=konst - isotermisk.
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. Kunst.
8-10. Du kan bruke Mendeleev-Clapeyron-ligningen, eller gasslover Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.
Svar på problemet
| m = 0,2 kg | |||||||
| M r = 4 | |||||||
| M = 4 10-3 kg/mol | |||||||
| n = 50 mol | |||||||
| N = 3 10 25 | |||||||
| m = 6,7 10 -27 kg | |||||||
| 1 - 2 - isobarisk | |||||||
| 2 - 3 - isokorisk | |||||||
| 3 - 1 - isotermisk | |||||||
| № | 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 | TIL | |||||
| № | mmHg. | atm | 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 | ||||||
 |
 |
||||||
