Imagine cu structura moleculara corpurile la prima vedere nu sunt de acord cu experiența noastră obișnuită: nu observăm aceste particule individuale, corpurile ni se par a fi continue. Cu toate acestea, această obiecție nu poate fi considerată convingătoare. M. V. Lomonosov a scris într-una dintre lucrările sale: „Este imposibil să negi mișcarea acolo unde ochiul nu o vede; care va nega că frunzele și ramurile copacilor se mișcă într-un vânt puternic, deși de la distanță nu va observa nicio mișcare. Ca și aici, din cauza depărtării, la fel în corpurile fierbinți, din cauza micii particule de materie, mișcarea este ascunsă vederii. Deci, motivul aparentului dezacord este că atomii și moleculele sunt extrem de mici.

În cel mai bun microscop optic, care face posibilă distingerea obiectelor ale căror dimensiuni nu sunt mai mici de , este imposibil să se ia în considerare moleculele individuale, chiar și pe cele mai mari. Cu toate acestea, o serie de metode indirecte au făcut posibil nu numai să se dovedească în mod fiabil existența moleculelor și atomilor, ci chiar să se stabilească dimensiunile acestora. Deci, dimensiunea unui atom de hidrogen poate fi considerată egală; lungimea unei molecule de hidrogen, adică distanța dintre centrele celor doi atomi care o alcătuiesc, este egală cu. Există molecule mai mari, de exemplu, moleculele de proteine ​​(albumina) sunt . În ultimii ani, datorită dispozitivului unui dispozitiv special care face posibilă studierea obiectelor de dimensiuni extrem de mici - un microscop electronic - a devenit posibil să se fotografieze nu numai molecule mari, ci și atomi.

Faptul că dimensiunile moleculelor sunt extrem de mici poate fi judecat chiar și fără măsurători, pe baza posibilității de a obține cantități foarte mici de diferite substanțe. Diluând cerneala (de exemplu, verde) într-un litru de apă pură și apoi diluând din nou această soluție într-un litru de apă, vom obține o diluție de o singură dată. Cu toate acestea, vom vedea că ultima soluție are o culoare verde vizibilă și, în același timp, este complet omogenă. Prin urmare, în cel mai mic volum pe care ochiul îl poate discerne, chiar și la această diluție, există o mulțime de molecule de colorant, ceea ce arată cât de mici sunt aceste molecule.

Aurul poate fi aplatizat în foi de grosime, iar prin tratarea unor astfel de foi cu o soluție apoasă de cianură de potasiu, se pot obține foi de aur de grosime. Prin urmare, dimensiunea unei molecule de aur este mult mai mică de o sutime de micrometru.

În figuri, vom reprezenta molecule sub formă de bile. Cu toate acestea, moleculele (și, după cum vom vedea mai târziu, atomii) au o structură diferită pentru diferite substanțe, adesea destul de complexă. De exemplu, forma și structura sunt cunoscute nu numai a unor molecule simple precum (Fig. 370), ci și a unora incomparabil mai complexe, care conțin multe mii de atomi.

Fig. 370. Scheme ale structurii moleculelor de apă (a) și dioxidului de carbon (b)

Aș vrea să vorbesc despre lucruri importante care sunt rar explicate pe site-urile companiilor care vând sisteme de curățare, dar este mult mai plăcut să înțelegeți ce este în joc atunci când alegeți un filtru pentru familie sau pentru serviciu. Această prezentare generală prezintă câteva aspecte importante de luat în considerare atunci când alegeți un filtru.

Ce este micronul și nanometrul?

Dacă erai în căutarea unui filtru de apă, atunci cel mai probabil ai dat peste numele „micron”. Când vine vorba de cartușe mecanice, puteți vedea adesea expresii precum „unitatea filtrează particule grosiere de murdărie de până la 10 microni sau mai mult”. Dar cât este 10 microni? Aș dori să știu ce fel de contaminare și utilizarea unui cartus proiectat pentru 10 microni va lipsi. În ceea ce privește membranele (fie că este vorba de un filtru de flux sau de osmoză inversă), se folosește un alt termen - un nanometru, care este și o dimensiune dificil de reprezentat. Un micron este 0,001 milimetri, adică dacă împărțiți condiționat un milimetru în 1000 de divizii, atunci obținem doar 1 micron. Un nanometru este de 0,001 microni, care este în esență o milioneme dintr-un milimetru. Denumirile „micron” și „nanometru” sunt inventate pentru a simplifica reprezentarea unor numere atât de mici.

Micronii sunt folosiți cel mai adesea pentru a reprezenta adâncimea de filtrare produsă de cartușele din polipropilenă sau carbon, nanometrii pentru a reprezenta nivelul de filtrare produs prin ultrafiltrare sau membrane de osmoză inversă.

Prin ce diferă filtrele de apă?

Există 3 tipuri principale de filtre: filtre de flux, filtre de flux cu membrană de ultrafiltrare (membrană) și filtre de osmoză inversă. Care este principala diferență dintre aceste sisteme? Un filtru de curgere poate fi considerat o purificare de bază, deoarece rareori purifică apa până la o stare de băut - adică, spre deosebire de celelalte două tipuri de filtre, după apă curgătoare, trebuie să fierbeți apa înainte de a bea (excepțiile sunt sistemele care conțin Aragon, Aqualen). și material Ecomix). Filtrele cu membrană - filtrele cu membrană de ultrafiltrare purifică apa de toate tipurile de contaminanți, dar lasă intact echilibrul de sare al apei - adică calciul natural, magneziul și alte minerale rămân în apă. Sistemul de osmoză inversă purifică apa complet, inclusiv minerale, bacterii, săruri - la ieșirea filtrului, apa conține, în mod ciudat, doar molecule de apă.

Clorul este cel mai viclean dintre poluanții apei.

În general, pentru a purifica apa de contaminanți cu un sistem de membrană, porii membranei trebuie să fie mai mici decât dimensiunile elementului. Cu toate acestea, acest lucru nu funcționează cu clorul, deoarece dimensiunea moleculei sale este egală cu dimensiunea unei molecule de apă, iar dacă porii membranei sunt mai mici decât dimensiunea clorului, atunci nici apa nu va putea trece. . Iată un astfel de paradox. Prin urmare, toate sistemele de osmoză inversă ca parte a prefiltrelor și ca post-filtru au cartușe de carbon care purifică complet clorul din apă. Și rețineți, deoarece principalul " durere de cap„Apa ucraineană este exact clor, dacă doriți să cumpărați osmoză inversă, ar trebui să alegeți un sistem cu două cartușe de carbon în prefiltru - asta indică calitatea epurării.

Sperăm că informațiile furnizate v-au fost utile. Mai multe informații pot fi găsite pe site

Moleculele au dimensiuni și forme diferite. Pentru claritate, vom reprezenta o moleculă sub formă de minge, imaginându-ne că este acoperită de o suprafață sferică, în interiorul căreia se află învelișurile de electroni ale atomilor săi (Fig. 4, a). Conform conceptelor moderne, moleculele nu au un diametru definit geometric. Prin urmare, s-a convenit să se ia distanța dintre centrele a două molecule (Fig. 4b) ca diametru d al unei molecule, atât de aproape încât forțele de atracție dintre ele sunt echilibrate de forțele de repulsie.

Din cursul chimiei „se știe că un kilogram-moleculă (kilomol) din orice substanță, indiferent de starea ei de agregare, conține același număr de molecule, numite numărul Avogadro, și anume N A \u003d 6,02 * 10 26 de molecule.

Acum să estimăm diametrul unei molecule, de exemplu apa. Pentru a face acest lucru, împărțim volumul unui kilomol de apă la numărul Avogadro. Un kilomol de apă are o masă 18 kg. Presupunând că moleculele de apă sunt situate aproape unele de altele și densitatea acesteia 1000 kg/m3, putem spune că 1 kmol apa ocupă un volum V \u003d 0,018 m 3. Volumul pe moleculă de apă

Luând molecula ca o minge și folosind formula volumului mingii, calculăm diametrul aproximativ, altfel dimensiunea liniară a moleculei de apă:

Diametrul moleculei de cupru 2,25*10 -10 m. Diametrele moleculelor de gaz sunt de aceeași ordine. De exemplu, diametrul unei molecule de hidrogen 2,47 * 10 -10 m, dioxid de carbon - 3,32*10 -10 m. Deci molecula are un diametru de ordin 10 -10 m. Pe lungime 1 cm 100 de milioane de molecule pot fi localizate în apropiere.

Să estimăm masa unei molecule, de exemplu zahăr (C 12 H 22 O 11). Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de o masă de kilomoli de zahăr (μ = 342,31 kg/kmol)împărțit la numărul Avogadro, adică la numărul de molecule în

« Fizica - clasa a 10-a "

Ce obiecte fizice (sisteme) studiază fizica moleculară?
Cum se face distincția între fenomenele mecanice și termice?

Teoria molecular-cinetică a structurii materiei se bazează pe trei afirmații:

1) substanța este formată din particule;
2) aceste particule se mișcă aleatoriu;
3) particulele interacționează între ele.

Fiecare afirmație este riguros dovedită prin experimente.

Proprietățile și comportamentul tuturor corpurilor, fără excepție, sunt determinate de mișcarea particulelor care interacționează între ele: molecule, atomi sau chiar formațiuni mai mici - particule elementare.

Estimarea dimensiunilor moleculelor. Pentru a fi complet sigur de existența moleculelor, este necesar să se determine dimensiunile acestora. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este să observați răspândirea unei picături de ulei, cum ar fi uleiul de măsline, pe suprafața apei. Uleiul nu va ocupa niciodată întreaga suprafață dacă luăm un vas suficient de lat (Fig. 8.1). Este imposibil să forțați o picătură de 1 mm 2 să se răspândească astfel încât să ocupe o suprafață mai mare de 0,6 m 2 . Să presupunem că atunci când uleiul se răspândește pe suprafața maximă, formează un strat cu o grosime de o singură moleculă - un „strat monomolecular”. Este ușor să determinați grosimea acestui strat și astfel să estimați dimensiunea moleculei de ulei de măsline.

Volumul V al stratului de ulei este egal cu produsul dintre suprafața lui S și grosimea d a stratului, adică V = Sd. Prin urmare, dimensiunea liniară a unei molecule de ulei de măsline este:

Aparate moderne vă permit să vedeți și chiar să măsurați atomi și molecule individuali. Figura 8.2 prezintă o micrografie a suprafeței unei plachete de siliciu, unde denivelările sunt atomi individuali de siliciu. Astfel de imagini s-au învățat pentru prima dată să fie obținute în 1981 folosind microscoape complexe de tunel.

Moleculele, inclusiv uleiul de măsline, sunt mai mari decât atomii. Diametrul oricărui atom este aproximativ egal cu 10 -8 cm. Aceste dimensiuni sunt atât de mici încât este greu de imaginat. În astfel de cazuri, se folosesc comparații.

Iată una dintre ele. Dacă degetele sunt strânse într-un pumn și mărite la dimensiunea globului, atunci atomul, la aceeași mărire, va deveni de mărimea unui pumn.

Numărul de molecule.

Cu dimensiuni foarte mici de molecule, numărul acestora în orice corp macroscopic este enorm. Să calculăm numărul aproximativ de molecule dintr-o picătură de apă cu o masă de 1 g și, prin urmare, un volum de 1 cm3.

Diametrul unei molecule de apă este de aproximativ 3 10 -8 cm Presupunând că fiecare moleculă de apă cu împachetare densă de molecule ocupă un volum (3 10 -8 cm) 3, puteți afla numărul de molecule dintr-o picătură prin împărțirea picăturii. volum (1 cm 3) după volum, pe moleculă:

Masa de molecule.

Masele moleculelor și atomilor individuali sunt foarte mici. Am calculat că 1 g de apă conține 3,7 10 22 molecule. Prin urmare, masa unei molecule de apă (H 2 0) este egală cu:

Moleculele altor substanțe au o masă de același ordin, excluzând moleculele uriașe materie organică; de exemplu, proteinele au o masă de sute de mii de ori mai mare decât masa atomilor individuali. Dar totuși, masele lor la scara macroscopică (grame și kilograme) sunt extrem de mici.

Greutatea moleculară relativă.

Deoarece masele moleculelor sunt foarte mici, este convenabil să folosiți în calcule nu valorile absolute ale maselor, ci cele relative.

Prin acord internațional, masele tuturor atomilor și moleculelor sunt comparate cu masele unui atom de carbon (așa-numita scară de carbon a maselor atomice).

Masa moleculară (sau atomică) relativă M r a unei substanțe este raportul dintre masa m 0 a unei molecule (sau atom) a unei substanțe date și masa unui atom de carbon:

Masele atomice relative ale tuturor elementelor chimice sunt măsurate cu precizie. Adunând masele atomice relative ale elementelor care alcătuiesc molecula unei substanțe, putem calcula greutatea moleculară relativă a substanței. De exemplu, greutatea moleculară relativă a dioxidului de carbon CO2 este de aproximativ 44, deoarece relativă masă atomică carbonul este aproape egal cu 12, iar oxigenul este aproximativ 16: 12 + 2 16 = 44.

Comparația atomilor și moleculelor cu masa unui atom de carbon a fost adoptată în 1961. Motivul principal Această alegere este că carbonul este inclus într-un număr mare de compuși chimici diferiți. Factorul este introdus astfel încât masele relative ale atomilor să fie apropiate de numere întregi.

Masa molara de apa:

Dacă moleculele dintr-un lichid sunt strâns împachetate și fiecare dintre ele se potrivește într-un cub de volum V 1 cu o coastă d, apoi .

Volumul unei molecule: , unde: Vm o alunita N / A este numărul lui Avogadro.

Volumul unui mol de lichid: , unde: M- masa sa molară este densitatea sa.

Diametrul moleculei:

Calculând avem:

Greutatea moleculară relativă a aluminiului Mr=27. Determinați principalele sale caracteristici moleculare.

1.Masa molară a aluminiului: M=Mr. 10 -3 M = 27. 10-3

Aflați concentrația de molecule, heliu (M = 4,10 -3 kg / mol) în condiții normale (p = 10 5 Pa, T = 273K), viteza lor pătrată medie și densitatea gazului. De la ce adâncime plutește o bula de aer într-un iaz dacă volumul ei se dublează?

Nu știm dacă temperatura aerului din bulă rămâne aceeași. Dacă este același, atunci procesul de ascensiune este descris de ecuație pV=const. Dacă se schimbă, atunci ecuația pV/T=const.

Să estimăm dacă facem o mare eroare dacă neglijăm schimbarea temperaturii.

Să presupunem că avem rezultatul cel mai nefavorabil.Lăsați vremea să fie foarte caldă și temperatura apei la suprafața rezervorului să ajungă la +25 0 C (298 K). În partea de jos, temperatura nu poate fi mai mică de +4 0 C (277 K), deoarece această temperatură corespunde densității maxime a apei. Astfel, diferența de temperatură este de 21K. În raport cu temperatura inițială, această valoare este %%.Este puțin probabil să întâlnim un astfel de rezervor, diferența de temperatură dintre suprafață și fundul căruia este egală cu valoarea denumită. În plus, bula se ridică suficient de repede și este puțin probabil ca în timpul ascensiunii să aibă timp să se încălzească complet. Astfel, eroarea reală va fi mult mai mică și putem neglija complet schimbarea temperaturii aerului în bule și putem folosi legea Boyle-Mariotte pentru a descrie procesul: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, Unde: p1- presiunea aerului în bulă la adâncime h (p 1 = p atm. + rgh), p 2 este presiunea aerului din bula de lângă suprafață. p 2 = p atm.

(p atm + rgh)V =p atm 2V; ;

ceașcă

Un pahar întors cu susul în jos este scufundat într-un iaz. La ce adâncime va începe paharul să se scufunde?

Paharul întors cu susul în jos este umplut cu aer. Problema spune că sticla începe să se scufunde doar la o anumită adâncime. Aparent, dacă este eliberat la o adâncime mai mică decât o anumită adâncime critică, va pluti (se presupune că sticla este amplasată strict vertical și nu se răsturnează).

Nivelul, deasupra căruia plutește sticla și sub care se scufundă, se caracterizează prin egalitatea forțelor aplicate sticlei din diferite părți.

Forțele care acționează asupra sticlei în direcția verticală sunt forța descendentă a gravitației și forța ascendentă a flotabilității.

Forța de plutire este legată de densitatea lichidului în care este plasat sticla și de volumul de lichid deplasat de acesta.

Forța gravitației care acționează asupra sticlei este direct proporțională cu masa acestuia.

Din contextul problemei rezultă că pe măsură ce sticla se scufundă, forța ascendentă scade. O scădere a forței de flotabilitate poate apărea numai datorită scăderii volumului lichidului deplasat, deoarece lichidele sunt practic incompresibile, iar densitatea apei la suprafață și la o anumită adâncime este aceeași.

O scădere a volumului lichidului deplasat poate apărea din cauza comprimării aerului din sticlă, care, la rândul său, poate apărea din cauza creșterii presiunii. Schimbarea temperaturii pe măsură ce sticla se scufundă poate fi ignorată dacă nu ne interesează o precizie prea mare a rezultatului. Justificarea corespunzătoare este dată în exemplul anterior.

Relația dintre presiunea unui gaz și volumul acestuia la o temperatură constantă este exprimată prin legea Boyle-Mariotte.

Presiunea fluidului crește cu adevărat odată cu adâncimea și se transmite în toate direcțiile, inclusiv în sus, în mod egal.

Presiunea hidrostatică este direct proporțională cu densitatea lichidului și înălțimea acestuia (adâncimea de scufundare).

După ce am notat ca ecuație inițială ecuația care caracterizează starea de echilibru a sticlei, substituind succesiv în ea expresiile găsite în timpul analizei problemei și rezolvând ecuația rezultată în raport cu adâncimea dorită, ajungem la concluzia că, pentru pentru a obține un răspuns numeric, trebuie să cunoaștem valorile densității apei, presiunea atmosferică, masa sticlei, volumul acesteia și accelerația de cădere liberă.

Toate raționamentele de mai sus pot fi afișate după cum urmează:

Deoarece nu există date în textul sarcinii, le vom stabili noi înșine.

Dat:

Densitatea apei r=10 3 kg/m 3 .

Presiunea atmosferică 10 5 Pa.

Volumul paharului este de 200 ml = 200. 10 -3 l \u003d 2. 10 -4 m 3.

Masa paharului este de 50 g = 5. 10 -2 kg.

Accelerația de cădere liberă g = 10 m/s 2 .

Solutie numerica:

Ridicarea balonului cu aer cald

Cu câte grade trebuie să fie încălzit aerul din interiorul balonului pentru ca acesta să înceapă să se ridice?

Problema ridicării unui balon, ca și problema unui pahar care se scufundă, poate fi clasificată ca o problemă statică.

Mingea va începe să se ridice în același mod în care sticla se scufundă, de îndată ce egalitatea forțelor aplicate acestor corpuri și îndreptate în sus și în jos este încălcată. Bila, ca și sticla, este supusă forței gravitaționale îndreptate în jos și forței de plutire îndreptate în sus.

Forța de plutire este legată de densitatea aerului rece care înconjoară mingea. Această densitate poate fi găsită din ecuația Mendeleev-Clapeyron.

Forța gravitațională este direct proporțională cu masa mingii. Masa mingii, la rândul său, constă din masa carcasei și masa de aer cald din interiorul acesteia. Masa de aer cald poate fi găsită și din ecuația Mendeleev-Clapeyron.

Schematic, raționamentul poate fi afișat după cum urmează:

Din ecuație, se poate exprima valoarea dorită, se poate estima valorile posibile ale cantităților necesare pentru a obține o soluție numerică a problemei, se pot substitui aceste mărimi în ecuația rezultată și se găsește răspunsul în formă numerică.

Un vas închis conține 200 g de heliu. Gazul trece printr-un proces complex. Modificarea parametrilor săi este reflectată în graficul dependenței volumului de temperatura absolută.

1. Exprimați masa gazului în SI.

2. Care este greutatea moleculară relativă a acestui gaz?

3. Care este masa molară a acestui gaz (în SI)?

4. Care este cantitatea de substanță conținută în vas?

5. Câte molecule de gaz sunt în vas?

6. Care este masa unei molecule dintr-un gaz dat?

7. Numiți procesele din secțiunile 1-2, 2-3, 3-1.

8. Determinați volumul de gaz în punctele 1,2, 3, 4 în ml, l, m 3.

9. Determinați temperatura gazului în punctele 1,2, 3, 4 la 0 C, K.

10. Determinați presiunea gazului în punctele 1, 2, 3, 4 în mm. rt. Artă. , atm, Pa.

11. Trasează acest proces pe un grafic al presiunii în funcție de temperatura absolută.

12. Trasează acest proces pe un grafic presiune în funcție de volum.

Instructiuni de rezolvare:

1. Vezi starea.

2. Greutatea moleculară relativă a unui element se determină cu ajutorul tabelului periodic.

3. M=M r 10 -3 kg/mol.

7. p=const - izobar; V=const-izochoric; T=const - izotermă.

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. Artă.

8-10. Puteți folosi ecuația Mendeleev-Clapeyron sau legile gazelor Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.

Răspunsuri la problemă

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 - izobar
2 - 3 - izocoric
3 - 1 - izotermă
№	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	La
№	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

Umiditatea relativă a aerului dintr-un vas închis ermetic la o temperatură de t 1 =10 0 C este egală cu j 1 = 80%.