Проверь своего ребёнка! химия. Электричество: общие понятия Мельчайшая частица вещества сохраняющая перышкина свойства является

Так, например, молекула воды является мельчайшим представителем такого вещества как вода.

Почему мы не замечаем, что вещества состоят из молекул? Ответ прост: молекулы так малы, что для человеческого глаза просто незаметны. Так какого же они размера?

Опыт по определению размера молекулы провел английский физик Релей. В чистый сосуд была налита вода, а на ее поверхность помещена капля масла, Масло растеклось по поверхности воды и образовала круглую пленку. Постепенно площадь пленки увеличивалась, но затем растекание прекратилось и площадь перестала изменяться. Релей предположил, что толщина пленки стала равной размеру одной молекулы. Путем математических вычислений установлено, что размер молекулы примерно равен 16*10 -10 м.

Молекулы малы настолько, что в небольших объемах вещества их содержится огромное количество. Например, одна капля воды содержит столько же молекул, сколько таких капель в Черном море.

Молекулы нельзя увидеть в оптический микроскоп. Можно получить фотографии молекул и атомов с помощью электронного микроскопа, изобретенный в 30 годах XX века.

Молекулы разных веществ различаются по размерам, составу, а молекулы одного и того же вещества всегда одинаковы. Например, молекула воды всегда одна и та же: и в воде, и в снежинке и в паре.

Хотя молекулы и очень маленькие частицы, но и они делимы. Частицы, из которых состоят молекулы, называют атомами. Атомы каждого вида принято обозначать специальными символами. Например, атом кислорода - О, атом водорода - Н, атом углерода - С. Всего в природе существует 93 различных атома, еще около 20 ученые создали в своих лабораториях. Русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев упорядочил все элементы и расположил их в периодической таблице, с которой более подробно мы познакомимся на уроках химии.

Молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов кислорода, молекула воды из трех атомов – двух атомов водорода и одного атома кислорода. Сами по себе водород и кислород не несут свойств воды. Наоборот, вода только и становится водой, когда образуется такая связь.

Размеры атомов очень малы, Например, если увеличить яблоко до размеров земного шара, то размер атома увеличится до размера яблока. В 1951 году Эрвин Мюллер изобрёл ионный микроскоп, позволивший в деталях разглядеть атомную структуру металла.

В наше время в отличие от времен Демокрита, атом больше не считается неделимым. В начале XX века ученым удалось изучить его внутреннее строение.

Выяснилось, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг ядра электронов . Позже выяснилось, что ядро в свою очередь состоит из протонов и нейтронов .

Так, полным ходом идут эксперименты на Большом Адронном Коллайдере - огромном сооружение, построенном под землей на границе между Францией и Швейцарией. Большой Адронный Коллайдер представляет собой 30 километровую замкнутую трубу, по которой разгоняются адроны (так называется протон, нейтрон или электрон). Разогнавшись почти до скорости света, адроны сталкиваются. Сила удара так велика, что протоны "разламываются" на части. Предполагается, что таким путем можно изучить внутреннее строение адронов

Очевидно, что чем дальше человек заходит в изучении внутреннего строения вещества, тем с большими трудностями он сталкивается. Не исключено, что неделимой частицы, которую воображал себе Демокрит, вообще не существует и делить частицы можно до бесконечности. Исследования в данной области являются одной из самх бурно развивающихся тем в современной физике.

Молекулярная структура вещества. Скорости газовых молекул.

1. 
   Молекулярно-кинетической теорией МКТ называется теория, объясняющая свойства вещества, исходя из его молекулярного строения. Основные положения молекулярно-кинетической теории: все тела состоят из молекул; молекулы постоянно движутся; молекулы взаимодействую друг с другом.
2. 
   Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая свойства данного вещества.
3. 
   Атомы – наименьшая частица химического элемента. Из атомов состоят молекулы.
4. 
   Молекулы постоянно движутся . Доказательством этого положения является диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в другое. Диффузия происходит и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах. С увеличением температуры скорость диффузии увеличивается. Открытое Броуном движение частичек краски в растворе названо броуновским движением и тоже доказывает движение молекул.
5. 
   Строение атома . Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны.
6. 
   Ядро атома состоит из нуклонов (протон, нейтрон). Заряд ядра определяется числом протонов. Массовое число определяется числом нуклонов. Изотопы – это атомы одного и того же элементы, ядра которых содержат разное количество нейтронов.
7. 
   Относительная атомная масса М– масса одного атома в единицах атомной массы (1/12 массы атома углерода). Относительная молекулярная масса – М - масса молекулы в единицах атомной массы.
8. 
   Количество вещества определяется числом молекул. Моль – единица измерения количества вещества. Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе. 1 моль вещества содержит N А молекул. N А = 6,022∙10 23 1/моль – число Авогадро . Масса одного моля в килограммах называется молярной массой – μ =М·10 -3 . 1 моль – 12гС – N А –22,4 л. газа.
9. 
   Число молей определяется формулами: ν = m / μ , ν = N / N A , ν = V / V 0 .
10. 
    Основная модель МКТ – совокупность движущихся и взаимодействующих между собой молекул вещества. Агрегатные состояния вещества.
    1. 
       Твёрдое тело : W п >> W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия стационарны, расположение молекул упорядоченно, т.е. образуется кристаллическая решётка, сохраняется и форма и объём.
    2. 
       Жидкость: W п ≈ W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия подвижны, расположение молекул упорядоченно в пределах 2-х, 3-х слоёв (ближний порядок), сохраняется объём, но не сохраняется форма (текучесть).
    3. 
       Газ: W п W k , молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, столкновения упругие, легко меняют и форму и объём. Условия идеальности газа: W п =0, столкновения абсолютно упругие, Диаметр молекулы расстояния между ними.
       
    4. 
       Плазма – электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц. Плазма (газовая) молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, легко меняют и форму и объём, столкновения неупругие, при столкновениях происходит ионизация, реагирует на электрические и магнитные поля.
11. 
    Фазовые переходы: парообразование, конденсация, возгонка, плавление, кристаллизация.
12. 
    Статистические закономерности – законы поведения большого чикла частиц. Микропараметры – параметры малых масштабов – масса, размеры, скорость и другие характеристики молекул, атомов. Макропараметры – параметры больших масштабов – масса, объём, давление, температура физических тел.
13. 
    Р
    Z =2 N
    аспределение частиц идеального газа по двум половинкам сосуда:

• 
  Число возможных состояний Z при числе частиц N находится по формуле
• 
  Ч
  Z = N! / n!∙(N-n)!
  исло способов реализации состояния n / (N – n ) находится по формуле
• 
  Анализ ответов приводит к выводу – наибольшая вероятность того, что молекулы распределятся по двум половинкам сосудов поровну.

1. 
   Наиболее вероятная скорость – скорость, которой обладает большинство молекул
2. 
   Как вычислить среднюю скорость молекул V ср = (V 1 ∙ N 1 + V 2 ∙ N 2 + V 3 ∙ N 3)/N. Средняя скорость обычно превышает наиболее вероятную.
3. 
   Связь: скорость – энергия – температура. Е ср ~ Т.
4. 
   Т
   E=3 kT /2
   емпература определяет степень нагретости тела. Температура главная характеристика тел, находящихся в тепловом равновесии. Тепловое равновесие когда между телами нет теплообмена
5. 
   Температура – мера средней кинетической энергии молекул газа. С увеличением температуры растёт скорость диффузии, увеличивается скорость броуновского движения. Формула связи средней кинетической энергии молекул и температуры выражается формулой гдк k = 1,38∙10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана, выражающая соотношение между Кельвином и Джоулем как единицами измерения температуры.

• 
  Т
  T = t + 273.
  ермодинамическая температура не может быть отрицательной .
• 
  Абсолютная шкала температур – шкала Кельвина (273К – 373К).

0 о шкалы Кельвина соответствует абсолютному 0. Ниже температуры нет.

• 
  Температурные шкалы : Цельсия (0 о С – 100 о С), Фаренгейта (32 о Ф – 212 о Ф), Кельвина (273К – 373К).

1. 
   Скорость теплового движения молекул: m 0 v 2 = 3 kT , v 2 = 3 kT / m 0 , v 2 = 3 kN A T / μ

m 0 N A = μ , kN A =R, где R=8,31 Дж / мольК . R – универсальная газовая постоянная

Газовые законы

1. 
   Давление – это макроскопический параметр системы. Давление численно равно силе, действующей на единицу поверхности перпендикулярно этой поверхности. P = F / S . Измеряется давление в Паскалях (Па), атмосферах (атм.), барах (бар), мм.рт.ст. Давление столба газа или жидкости в поле тяготения находится по формуле P = ρgh, где ρ - плотность газа или жидкости, h – высота столба. В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне. Отношение высот столбов неоднородных жидкостей обратно отношению их плотностей.
2. 
   Атмосферное давление – давление, создаваемое воздушной оболочкой Земли. Нормальное атмосферное давление – 760 мм.рт.ст. или 1,01∙10 5 Па, или 1 бар, или 1 атм.
3. 
   Давление газа определяется числом молекул, ударившихся о стенку сосуда и их скоростью.

• 
  Средняя арифметическая скорость движения молекул газа равна нулю, потому что преимущества движения в каком-либо определённом направлении нет в силу того, что движение молекул равновероятно по всем направлениям. Поэтому для характеристики движения молекул берётся средняя квадратичная скорость . Средние квадраты скорости по осям X,Y,Z между собой равны и составляют 1/3 средней квадратичной скорости.

Для одного моля газа

Изобары

Р 1
закон Гей-Люссака,

1. 
   V = const – изохорный процесс ,

Изохоры

V 1
закон Шарля.

Задачи: Задача № 1 . Определить полное число микросостояний шести частиц идеального газа по двум половинам сосуда, не разделённого перегородкой. Чему равно число способов реализации состояний 1/5, 2/4? При каком состоянии число способов реализации будет максимальным?

Решение. Z =2 N = 2 6 = 64. Для состояния 1/5 Z = N! / n!∙(N-n)! = 1∙2∙3∙4∙5∙6 / 1∙1∙2∙3∙4∙5= 6

Самостоятельно . Чему равно число способов реализации состояний 2/4?

Задача № 2. Найти число молекул в стакане воды (m=200г). Решение. N = m∙ N A /μ = 0,2 ∙ 6,022∙10 23 / 18 ∙ 10 -3 =67∙ 10 23 .

Самостоятельно. Найти число молекул в 2 г меди. Найти число молекул в 1м 3 углекислого газа СО 2 .

Задача № 3. На рисунке представлен замкнутый цикл в координатах P V . Какие процессы происходили с газом? Как изменялись макропараметры? Вычертить эту диаграмму в координатах VT.

С
амостоятельно вычертить диаграмму в координатах PT.

	P	V	T
1-2	ув	пост	ув
2-3	пост	ув	ув
3-4	ум	ув	пост
4-1	пост	ум	ум

Р
ешение.

Задача № 4. «Магдебургские полушария» растягивали 8 лошадей с каждой стороны. Как изменится сила тяги, если одно полушарие прикрепить к стене, а другое будут тянуть 16 лошадей?

З
адача № 5. Идеальный газ оказывает на стенки сосуда давление 1,01∙10 5 Па. Тепловая скорость молекул 500м/с. Найти плотность газа. (1,21кг/м 3). Решение. . Разделим на V обе части уравнения. Получим

μ найдём из формулы скорости молекул

Задача № 6. Под каким давлением находится кислород, если тепловая скорость его молекул 550 м/с, а их концентрация 10 25 м -3 ? (54кПа.) Решение. P = nkT, R = N A k, P= n v 2 μ / 3 N A , Т найдём из формулы

Задача №7. Азот занимает объём 1 л при нормальном атмосферном давлении. Определите энергию поступательного движения молекул газа.

Решение . Энергия одной молекулы – E o = 5 kT / 2 , энергия всех молекул в данном объёме газа – E = N 5 kT / 2 = nV 5 kT / 2, P = nkT , E = 5 PV /2 = 250 Дж.

Задача № 8. Воздух состоит из смеси азота, кислорода и аргона. Их концентрации соответственно равны 7,8 ∙10 24 м -3 , 2,1∙ 10 24 м -3 , 10 23 м -3 . Средняя кинетическая энергия молекул смеси одинакова и равна 3 ∙10 -21 Дж. Найдите давление воздуха. (20кПа). Самостоятельно.

Задача № 9. Как изменится давление газа при уменьшении в 4 раза его объёма и увеличении температуры в 1,5 раза? (Увеличится в 6 раз). Самостоятельно.

Задача № 10. Давление газа в люминесцентной лампе 10 3 Па, а его температура 42 о С. Определите концентрацию атомов в лампе. Оцените среднее расстояние между молекулами.

(2,3∙10 23 м -3 , 16,3нм). Самостоятельно.

Задача № 11. Найдите объём одного моля идеального газа любого химического состава при нормальных условиях. (22,4л). Самостоятельно.

З
адача № 12 . В сосуде объёмом 4л находятся молекулярный водород и гелий. Считая газы идеальными, найдите давление газов в сосуде при температуре 20 о С, если их массы соответственно равны 2г и 4г. (1226кПа).

Решение . По закону Дальтона Р = Р 1 + Р 2 . Парциальное давление каждого газа найдём по формуле. И водород, и гелий занимают весь объём V=4л.

Задача № 13 . Определите глубину озера, если объём воздушного пузырька удваивается при подъёме со дна на поверхность. Температура пузырька не успевает измениться. (10,3м).

Решение . Процесс изотермический P 1 V 1 = P 2 V 2

Давление в пузырьке на поверхности воды равно атмосферному Р 2 = Р о Давление на дне водоёма складывается из давления внутри пузырька и давления столба воды Р 1 = Р о + ρ gh , где ρ = 1000кг/м 3 – плотность воды, h – глубина водоёма. Р о = (Р о + ρ gh ) V 1 / 2 V 1 = (Р о + ρ gh )/ 2

Задача № 14 . Цилиндр разделён непроницаемой закреплённой перегородкой на две части, объёмы которой V 1 , V 2 . Давление воздуха в этих частях цилиндра P 1 , P 2 соответственно. При снятии закрепления перегородка может двигаться как невесомый поршень. На сколько, и в какую сторону сдвинется перегородка?

Р
P 1 V 1

P 2 V 2

ешение. Если P 2 > P 1 Давление в обоих частях

P 1 V 1 = P (V 1 -∆ V)

P 2 V 2 = P (V 2 + ∆ V)

цилиндра установится одинаковое – Р. Процесс изотермический.

Разделим правые и левые части уравнений друг на друга. А затем решим уравнение относительно ∆ V.

Ответ: ((P 1 – P 2 ) V 1 V 2 )/(P 1 V 1 + P 2 V 2 .

Задача № 15 . Автомобильные шины накачаны до давления 2∙10 4 Па при температуре 7 о С. Через несколько часов после езды температура воздуха в шинах поднялась до 42 о С. Каким стало давление в шинах? (2,25∙10 4 Па). Самостоятельно.

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц: молекул и атомов.
Основоположником идеи дискретного строения вещества (т.е. состоящего из отдельных частиц) считается древнегреческий философ Демокрит, живший около 470 года до новой эры. Демокрит считал, что все тела состоят из бесчисленного количества сверхмалых, невидимых глазу, неделимых частиц. "Они бесконечно разнообразны, имеют впадины и выпуклости, которыми сцепляются, образуя все материальные тела, а в природе существуют только атомы и пустота.
Догадка Демокрита была надолго забыта. Однако, его взгляды на строение вещества дошли до нас благодаря римскому поэту Лукрецию Кару: "... все вещи, как мы замечаем, становятся меньше, И как бы тают они в течение долгого века..."
Атомы.
Атомы очень малы. Их невозможно разглядеть не только простым глазом, но и с помощью даже самого мощного оптического микроскопа.
Глаз человека не способен разглядеть атомы и промежутки между ними, поэтому любое вещество кажется нам сплошным.
В 1951 году Эрвин Мюллер изобрёл ионный микроскоп, позволивший в деталях разглядеть атомную структуру металла.
Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга. Различия атомов элементов можно определить по периодической таблице Менделеева.
Молекулы.
Молекула - это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара - сладкая, а соли - соленая.
Молекулы состоят из атомов.
Размеры молекул ничтожно малы.

Как увидеть молекулу? - с помощью электронного микроскопа.

Как добыть молекулу из вещества? - механическим дроблением вещества. Каждому веществу соответствует определеенный вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) или из нескольких одинаковых или различных атомов, или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.

Молекулы одного и того же вещества во всех агрегатных состояниях одинаковы.

Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, т.е. расширение и сжатие вещества при изменении температуры

Домашняя работа.
Задание. Ответить на вопросы:
№ 1.
1. Из чего состоят вещества?
2. Какие опыты подтверждают, что ве¬щества состоят из мельчайших частиц?
3. Как меняется объём тела при изменении расстояния между частицами?
4. Какой опыт пока¬зывает, что частицы вещества очень малы?
5. Что такое молекула?
6. Что вы знаете о размерах молекул?
7. Из каких частиц состоит молекула воды?
8. Как изображается схемати¬чески молекула воды?
№ 2.
1. Одинаков ли состав молекул воды в горячем чае и в охлаждённом напитке «Кола»?
2. Почему изнашиваются подмётки у ботинок и стираются до дыр локти пиджаков?
3. Как объяснить высыхание лака на ногтях?
4. Вы проходите мимо пекарни. Из нее доносится аппетитный запах свежего хлеба…. Как это могло произойти?

Опыт Роберта Рэлея.

Размеры молекул были определены во многих опытах. Один из них провел английский ученый Роберт Рэлей.
В чистый широкий сосуд налили воду и на ее поверхность поместили каплю оливкового масла. Капля растеклась по поверхности воды и образовала круглую пленку. Постепенно площадь пленки увеличивалась, но затем растекание прекратилось и площадь перестала изменяться. Релей предположил, что молекулы расположились в один ряд, т.е. толщина пленки стала равна как раз размеру одной молекулы, и решил определить ее толщину. При этом, конечно, нужно учесть, что объем пленки равен объему капли.
По тем данным, которые были получены в опыте Рэлея, рассчитаем толщину пленки и узнаем, чему равен линейный размер молекулы масла. Капля имела объем 0,0009 см3, а площадь пленки, образовавшейся из капли, была равна 5500 см2. Отсюда толщина пленки:

Экспериментальное задание:

Проделать в домашних условиях опыт по определению размеров молекул масла.
Для опыта удобно воспользоваться чистым машинным маслом. Сначала определите объем одной капли масла. Придумайте сами, как это сделать при помощи пипетки и мензурки (можно воспользоваться мензуркой, которой отмеривают лекарства).
Налейте в тарелку воды и на ее поверхность поместите каплю масла. Когда капля растечется, измерьте диаметр пленки линейкой, положив ее на края тарелки. Если поверхность пленки не будет иметь форму круга, то или подождите, когда она примет такую форму, или сделайте несколько измерений и определите ее средний диаметр. Затем вычислите площадь пленки и ее толщину.
Какое число вы получили? Во сколько раз оно отличается от действительных размеров молекулы масла?

Теория строения вещества

Закончите предложения

• Мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства - молекула

• Молекулы состоят из атомов

• У одного и того же вещества молекулы одинаковы

• У разных веществ молекулы различны

• При нагревании вещества размеры молекул не изменяются

«По капельке море, по былинке стог»

• О каком положении теории строения вещества идет речь в этой пословице?

«Иду в воду – красен, выйду – черен»

• Как изменяются расстояние между частицами вещества?

Диффузия Diffusio (лат) –распространение, растекание

• Явление самопроизвольного проникновения веществ друг в друга

Диффузия в газах

Диффузия в жидкостях

Диффузия в твердых телах

Причина диффузии

Интенсивность диффузии зависит от состояния вещества

Интенсивность диффузии зависит от температуры

Броуновское движение

• видимое в микроскоп перемещение очень малых частиц вещества под действием ударов молекул.

Модель «броуновского движения»

Вывод

• Запах травы или запах духов

• Ягод лесных аромат и цветов

• Только диффузией я объясняю,

• Это явление я понимаю.

• Суть вся в движении частиц вещества

• Все мне понятно, как дважды два.

Немного лирики… Прекрасная дама нюхала розы. И расчихалась, закапали слезы.

• Неужто из - за диффузии

• Бывают такие конфузии?

jpg" alt="">

Объяснить поговорку

• Ложка дегтя и бочку меда испортит.

Немного истории…

Английский металлург Вильям Робертс-Аустин измерял диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длинной 1 дюйм (2,45 см), помещал этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 °С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски. Оказалось, что к “чистому” концу через весь свинцовый цилиндр прошло вполне измеримое количество золота.

Диффузия на кухне

• Огурцы иль помидоры Засолить проблемы нет Вскипятил рассол, соль бросил, И готовы на обед.