Füüsika, kuidas molekulid üksteisega suhtlevad. § iii.1. molekulide vaheline interaktsioon. Molekulaarfüüsika on lihtne

>> Molekulide interaktsioon (7. klass)

• Vaadake ringi ja näete palju füüsilisi kehasid. See on teie naaber, kellega koos laua taga istute, ja laud ise. See on tool, millel sa istud, ja pliiats, millega kirjutad jne. Kõik need kehad, nagu te juba teate, koosnevad osakestest, mis on eraldatud intervallidega, mis pidevalt liiguvad. Miks siis füüsilisi kehasid moodustavad osakesed ei haju igas suunas? Veelgi enam, kehad mitte ainult ei lagune eraldi molekulideks - vastupidi, nende venitamiseks, purustamiseks, purustamiseks peate pingutama. Proovime välja mõelda, miks see nii on.

Riis. 2.19. Rippuvat veetilka hoiavad kukkumast molekulidevahelised tõmbejõud. Liiga raske tilk langeb

1. Kinnitage molekulide vastastikmõju

Põhjus, miks kõik meid ümbritsevad kehad eraldi molekulideks ei lagune, on ilmne: molekulid tõmbuvad üksteise poole. Iga molekul tõmbab ligi naabermolekule ja need omakorda selle poole. Just tänu molekulidevahelisele külgetõmbejõule säilitavad tahked ained oma kuju, vedelik koguneb tilkadeks (joonis 2.19), kleeplint kleepub paberile, tint jätab lehele jälje, viiludega üksteise vastu surutud pliisilindrid kinnituvad tugevalt (joonis 2.20). ).

Teaduses on kindlaks tehtud, et molekulidevaheline külgetõmme töötab alati. Miks siis katkine tass ei muutu terveks pärast seda, kui killud on üksteise vastu surutud? Ükskõik kui tugevalt katkise pliiatsi osi kokku surume, ei ühine need ka terveks pliiatsiks.

Fakt on see, et molekulide vaheline külgetõmme muutub märgatavaks ainult väga väikestel vahemaadel (sellist, mida saab võrrelda osakeste endi suurusega). Tassi killukesi või katkise pliiatsiosa alla vajutades toome sellistele vahemaadele lähemale vaid väga väikese hulga molekule. Enamiku nende vaheline kaugus jääb selliseks, et molekulid praktiliselt ei interakteeru. Nüüd saab selgeks, miks selleks, et pliisilindrid kokku kleepuks, on vaja lõiked esmalt lihvida ning pehme vaha või plastiliini tükid kleepuvad ilma lihvimiseta kergesti kokku.

Riis. 2.20. Värskete lõigetega kokkupressitud pliivardad kleepuvad nii tihedalt kokku, et taluvad suure raskuse raskust

Riis. 2.21 Kogemused molekulidevahelise külgetõmbe tingimuste selgitamisel

Kahte kuiva lehte ei saa ühendada piisavalt kokku. Kui aga lehti veega niisutada, kleepuvad need kokku, kuna veemolekulid lähenevad paberimolekulidele nii palju, et molekulidevaheline külgetõmme hoiab lehti juba kõrvuti (joonis 2.21).

Molekulidevaheline külgetõmme on ka põhjuseks, miks keha teatud vedelikega märjaks või mittemärguks (joon. 2.22).

2. Molekulidevahelise tõukejõu kinnitamine

Eespool tõestasime, et molekulide vahel on külgetõmme. Seda silmas pidades tekib rida küsimusi. Miks siis korratult liikuvad ja pidevalt üksteisega kokku põrkuvad gaasimolekulid üheks suureks tükiks kokku ei kleepu? Miks, kui pigistada näiteks svammi, kas see mõne aja pärast oma kuju tagasi võtab?

Riis. 2.22. Veepiisk levib puhta klaasi pinnale (märgab seda), kuna vedelikumolekulide vaheline tõmbejõud on suurem kui vedeliku ja klaasi molekulide vahel (o). Veemolekulide vaheline tõmbejõud on suurem kui vee- ja rasvamolekulide vahel, mis katavad veelindude sulgi, mistõttu vesi neid ei niisuta (pidage meeles väljendit "nagu vesi pardi seljast") (b)

Fakt on see, et molekulid mitte ainult ei tõmba üksteist, vaid ka tõrjuvad. Kui nende vaheline kaugus muutub väga väikeseks (molekuli suurusest veidi väiksemaks), muutub molekulidevaheline tõukejõud tugevamaks kui külgetõmme. Proovige näiteks münti pigistada. Te ei saa selle suurust oluliselt vähendada, kuna mündi molekulid tõrjuvad üksteist. Samuti ei saa te vedeliku mahtu märgatavalt vähendada isegi võimsa pressi abil.

Just molekulidevaheline tõmbe- ja tõukejõud hoiab vedelike ja tahkete ainete molekule enam-vähem kindlal kaugusel, mis on ligikaudu võrdne molekulide endi suurusega. Kauguse vähenemise korral hakkavad molekulid üksteist tõrjuma, suurenemise korral aga tõmbama, seetõttu tuleb nii molekulide lähendamiseks kui ka eemaldumiseks pingutada.

• Summeerida

Molekulid suhtlevad üksteisega: neid tõmbavad ja tõrjuvad üheaegselt. Molekulidevaheline interaktsioon avaldub vahemaadel, mida saab võrrelda molekulide endi suurusega.

• Kontrollküsimused

1. Miks tahked ained ja vedelikud ei lagune eraldi molekulideks?

2. Millistel tingimustel muutub molekulidevaheline külgetõmme märgatavaks?

3. Millistel tingimustel täheldatakse molekulide tõrjumist?

4. Miks on võimatu kahte tassi tükki omavahel ühendada, isegi surudes neid tugevalt üksteise vastu ja kaks plastiliinitükki kleepuvad kergesti kokku?

5. On teada, et molekulide vahel on külgetõmme. Miks siis näiteks õhu molekulid ühte kohta ei kogune?

• Harjutused

1. Ükskõik kui usinalt sa ühendad kaks joonlaua tükki, need ei ühine. Miks sel juhul molekulide külgetõmbejõudu ei mõjutata?
2. Miks on juhtme katkestamiseks vaja jõudu?
3.Mis eesmärk on lehtklaasi paberiribadega ladumine selle ladustamisel?
4. Vedel liim tagab kahe keha vahel tugeva sideme. Selgitage, miks see juhtub.
5. Mis on ühine ja mille poolest erinevad metallide keevitamise ja kõvajoodisega jootmise protsessid?
6. Veelindude suled on kaetud õhukese rasvakihiga. Kuidas see lindudele kasulik on?

• Eksperimentaalsed ülesanded

1. Pehme vedru (või õhukese kummipaela), puhta metall- (või klaasist) plaadi ja veealuse taldriku abil demonstreerige, et vee ja metalli (klaasi) molekulide vahel on tõmbejõud.

2. Kasutage sellistele küsimustele vastuseid paberilehtede, taimeõli ja veega anumate abil. Kas kaks lehte kleepuvad kokku, kui neid veega niisutada? õli? kui üks on niisutatud veega ja teine ​​õliga? Põhjendage katse tulemusi.

Füüsika. 7. klass: õpik / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X .: Kirjastus Ranok, 2007. - 192 lk.: ill.

Tunni sisu tunni ülevaade ja tugiraam tunni esitlus interaktiivsed tehnoloogiad kiirendavad õppemeetodid Harjuta testid, veebipõhise testimise ülesanded ja harjutused kodutööde töötoad ja koolitused küsimused klassi aruteluks Illustratsioonid video- ja helimaterjalid fotod, pildid, graafika, tabelid, diagrammid, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, anekdoodid, naljad, tsitaadid Toidulisandid kokkuvõtted petulehed kiibid uudishimulike artiklite jaoks (MAN) kirjanduse terminite põhi- ja lisasõnavara Õpikute ja tundide täiustamine vigade parandamine õpikus, vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele kalenderplaanid haridusprogrammid metoodilised soovitused

See, et molekulid omavahel suhtlevad, tuleneb vähemalt sellest, et on olemas vedelikud ja tahked ained: muidu laguneksid nad eraldi molekulideks, muutudes gaasideks!

Kuidas molekulid interakteeruvad? Vastuse sellele küsimusele saab omadusi uurides tahked ained järgmistes lihtsates katsetes.

Proovige kivi pigistada - see tõenäoliselt ei õnnestu. Tõsiasi on see, et tahketes ainetes paiknevad molekulid üksteise lähedal ja seetõttu tunduvad molekulid kokkusurutuna teineteise vastu "puhtuvat". Teisisõnu, kui molekulid on väga lähedal, tõrjuvad nad üksteist.

Tänu sellele tõrjumisele ei kuku te läbi põranda: taldade materjali moodustavad molekulid "toetuvad" põrandat moodustavatele molekulidele. Need molekulidevahelised tõukejõud on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 6.3, a.

Tahked ained peavad aga vastu mitte ainult survele, vaid ka pingele. See tähendab, et kauguse suurenedes asendub molekulide vaheline tõukejõud külgetõmbejõuga.

Riis. 6.3. Me ei kuku läbi põranda molekulide üksteisest eemaletõukamise tõttu (a); proovides niiti katkestada, tunnete niidi väikeses ristlõikes molekulide vahelisi tõmbejõude (b)

Paneme kogemusi

Et tunnetada, kui suured on molekulide vahelised tõmbejõud, proovige oma kätega katkestada nailonniit, mille ristlõige on 1 mm 2. Raske? Kuid teie keha pingutustele seisavad vastu pisikeste molekulide külgetõmbejõud niidi väikeses ristlõikes. Need jõud on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 6.3, b.

Vaatlused ja katsed näitavad, et üksteise külge ei tõmba mitte ainult sama aine molekule, vaid ka erinevate ainete molekule.

Miks märjad juuksed kokku kleepuvad?

Juba koolist saadik teame, et kõik meid ümbritsev koosneb molekulidest, väikseimatest osakestest, mis pidevalt üksteisega suhtlevad. Värskendagem oma teadmisi ja tuletagem meelde, miks kivi on käes raske pigistada ja vesi võib puu rebitud lehe liimida.

Kuidas molekulid omavahel suhtlevad – molekulide vastastikune külgetõmme

Kõik meid ümbritsev: vedelad ja tahked esemed, gaasilised ained koosnevad kõige väiksematest osakestest – molekulidest, mis pidevalt ja pidevalt omavahel liiguvad. Peamine põhjus, miks objektid molekulideks ei lagune, on nende külgetõmbejõud üksteise vastu. Teadus on tõestanud, et vastastikune külgetõmme töötab alati. Iga molekul tõmbab teineteise poole ja kõik teised tõmbavad nende poole.

• Tahked ained jäävad oma kuju ja vedelikud ei lagune molekulidevahelise sideme tõttu tilkadeks. Sellist atraktsiooni me oma silmaga ei näe, see on liiga väike. See jõud toimib üliväikestel vahemaadel, näiteks osakeste endi suurusel.
• Taldriku lõhkumine ja kahe tüki kokku panemine ei taastu. Püüdes tuua purunenud plaadi osi lähemale, toome lähemale vaid väikese osa molekulidest, millest see koosneb. Suurem osa osakestest jääb üsna suurele kaugusele, mis ei ole piisav molekulide külgetõmbe mõju avaldamiseks. Puu küljest rebitud lehe veega niisutamine aga paneb selle kokku kleepuma. Loome lehe molekulidele piisava molekulidevahelise veemolekulide külgetõmbe, et rebenenud leht kokku liimida.
• Looduses on molekulide külgetõmbejõud näha tahkete ainete märgumisel. Võtke klaasitükk ja puudutage seda horisontaalselt veepinnaga. Veest üles tõstes peame veidi pingutama, et klaas pinnalt "rebida". Alumine osa, mis puutus kokku veega, jääb pärast klaasi tõstmist märjaks. See tähendab, et kui klaas on veepinnast eraldunud, saame üle veemolekulide tõmbejõust omavahel. Katkestus ise ei toimunud mitte klaasimolekulide, vaid veemolekulide vahel. Seega veendume, et erinevate ainete molekulide vaheline tõmbejõud ei ole sama. Mõned objektid tõmbavad rohkem osakesi ja neid on raskem purustada või venitada, samas kui teistel on külgetõmbejõud nõrgem.
• Molekulide külgetõmbejõust ülesaamisega on paberilehte lihtsam rebida kui raualehte. Selles näites tõmbavad veemolekulid tugevamini kui klaasimolekulid. Vett aga ei niisutata rasvainetega. Näiteks tilgutades parafiinitüki vette, tõmbame selle kuivana välja. See tõestab, et parafiinimolekulide külgetõmme on tugevam kui veemolekulide külgetõmme.

Kuidas molekulid omavahel suhtlevad – molekulide tõrjumine

Molekulid tõmbavad üksteist, kuid ei kleepu kokku. Väikeste osakeste vahel on tühimikud. Kui molekulid pigistada liiga lähedale, tõrjuvad nad üksteist. Molekulidevaheline tõrjumine jõustub siis, kui molekulide vaheline kaugus muutub väiksemaks osakeste endi suurusest ja kipub olema null. Tõrjuvat jõudu demonstreerib ilmekalt käsn, mis pärast käessurumist taastab oma esialgse kuju. Kui käsn on kokku surutud, surume me jõuga kokku selle molekulid väga lähedal, molekulide suurusest väiksemal kaugusel, kui tekib kõigi molekulide vastastikune tõukejõud.

Molekulid suhtlevad üksteisega vastastikuse külgetõmbe ja tõrjumise teel. Need protsessid sõltuvad kaugusest, mille kaugusel molekulid üksteisest asuvad: kui molekulidevaheline kaugus on suurem kui osakeste endi suurus, siis need tõmbavad ligi, kui vähem, siis tõrjuvad. Aine tüübist oleneb ka molekulide külgetõmbe- ja tõukejõud. Tahketel ainetel on tugevam külgetõmbejõud kui vedelatel molekulidel ja nõrgem tõukejõud. Münti käes ei pigistata ja gaasiliste ainete molekulid tõrjuvad üksteist tugevamini, mis võimaldab gaasidel mitte esemeteks moodustuda.

Kõik kehad koosnevad molekulidest. Aga miks ei lagune kehad eraldi molekulideks? Asi on selles, et keha molekulid suhtlevad üksteisega. Selle õppetunni käigus saate teada, et just molekulide vastastikmõju seletab paljusid kehade ja füüsikaliste nähtuste omadusi.

Teema: Esialgne teave aine ehituse kohta

Õppetund:Molekulide interaktsioon

Te juba teate, et kõik kehad koosnevad molekulidest, molekulide vahel on tühimikud ning kõik molekulid ja aatomid, millest need koosnevad, on pidevas liikumises. Aga miks on tahketel või vedelikel nii raske kokku suruda, venitada, puruneda, kui molekulide vahel on tühimikud?

Proovime purustada mitu tahket ainet: kriit, tükk plastiliini, tükk kummipaela, plast. Et keha puruneks, peame pingutama. Ja mõnel juhul ei piisa selleks käte tugevusest.

Mis on põhjus, miks tahke aine hävitamiseks tuleb rakendada jõudu? See kõik puudutab molekulide vahel eksisteerivat külgetõmmet. Molekul tõmbab ligi kõik talle kõige lähemal olevad molekulid ja ise tõmbab nende poole.

Kui molekulide vahel on külgetõmme, siis võib-olla on võimalik fragmentidest uuesti luua terve keha? Kriiditükiga me ei saa hakkama, kui palju me ka ei pingutaks. Kuid plastiliinitükkidest saab kokkupressimisel jälle üks terve keha.

Kui uurite hoolikalt purustatud kriiditükke, näete, et need on ebaühtlased, karedad. See tähendab, et kui need on ühendatud, ei saa me viia kahe ühendatava osa pinnal olevaid molekule nii lähedale, et nende vahele tekiks külgetõmme.

Riis. 1. Kriidi pind on kare

Erinevalt kriidist on plastiliin tempermalmist materjal ja kui tükid kokku suruda, asetame plastiliini molekulid üksteisele piisavalt lähedale. Aga mida tähendab "piisavalt lähedal"? Kui lähedal?

Selgub, et molekulide vastastikune külgetõmme hakkab märgatavalt avalduma siis, kui molekulid lähenevad üksteisele nii palju, et nende vahele mahub vaid üks sama suur molekul.

Riis. 2. Kaugus, mille juures molekulidevaheline külgetõmme muutub märgatavaks

Aga mis juhtub, kui jätkate molekulide vahelise kauguse vähendamist? Elukogemus ütleb, et tahke aine kokkusurumisel, kui seda üritatakse deformeerida, suureneb järsult molekulidevaheline tõukejõud.

Argielust ja tehnikast on palju näiteid, kus molekulide külgetõmbe- ja tõrjumine avaldub selgelt. See on vedrude kokkusurumine autos, vibunööri pinge tulistamisel. Need on tootmisprotsessid, nagu stantsimine või sepistamine.

Riis. 3. Sepistamise ja stantsimise käigus saadakse üle molekulide külgetõmbe- ja tõrjumisest

Seega, kui molekulid asuvad piisavalt lähedal, siis ilmnevad nendevahelised tõmbejõud, kuid kui jätkate molekulidele lähenemist, hakkavad nende vahele tekkima tõukejõud.

Siin on veel üks näide, mis tõestab, et molekulide vahel on vastastikune külgetõmme. Võtke kaks identset pliisilindrit. Esialgu on nende pinnad karedad ja kui silindrid oma alustega üksteise külge suruda, siis nende vahel märgatavat vastasmõju ei toimu.

Riis. 4. Plii-adra silindrid

Kuid olukord muutub, kui silindrite pindu töödeldakse spetsiaalse tööriistaga - nn adraga. See on tööriist, mis võimaldab silindrite otsi teritada nii, et nende pinnad muutuvad väga siledaks, poleeritud. Kui nüüd mõnda aega pliisilindrite otsad tihedalt üksteise vastu suruda, siis kogu kokkupuutepiirkonnas väheneb nende pindade vaheline kaugus nii palju, et molekulidevahelise tõmbejõud "lülituvad sisse". Need jõud on piisavad, et silindrid suudaksid ilma ühenduseta hoida märkimisväärset koormust.

Riis. 5. Pliilindrite adhesioon on seletatav molekulide vastastikuse külgetõmbega

Niisumine on ka molekulide vastastikuse külgetõmbe ilming.

Võtke kaks klaasplaati. Kui vajutate need puhta ja tasase pinnaga kokku ja proovite seejärel eraldada, siis pole mõju.

Aga kui paned ühe klaasi pinnale paar tilka vett ja seejärel paned teise klaasi uuesti peale ja surud klaasid tihedalt üksteise vastu, siis on neid üsna raske üksteisest lahti ühendada. Ja kui me need siiski üksteisest lahti ühendame, näeme, et mõlemad klaaspinnad - nii üks kui ka teine ​​- on veega märjaks. See tähendab, et klaasi ja vee molekulide vastastikune külgetõmme on suurem kui veemolekulide endi vahel.

Riis. 6. Niisumise fenomeni demonstreerimiseks võib kasutada kahte klaasi, millele on pandud paar tilka vett.

Niisutamise nähtus on meie elus üsna tavaline. Just tänu niisutamisele saame nõusid rätikuga üle pühkida, tindiga paberile kirjutada (proovi taldrikut kilekotiga pühkida või täitesulepeaga midagi peale kirjutada!). Niisutuse puudumine võimaldab veelinnul püsida vees kuivana ka tugeva vihmaga.

Riis. 7. Veelindude sulgi ei niisutata veega

Bibliograafia

1. Peryshkin A.V. Füüsika. 7 cl. - 14. väljaanne, Stereotüüp. - M .: Bustard, 2010.

2. Peryshkin A.V. Füüsika ülesannete kogu, 7. - 9. klass: 5. tr., Stereotüüp. - M: Kirjastus "Exam", 2010.

3. Lukašik V.I., Ivanova E.V. Füüsika ülesannete kogu õppeasutuste 7. - 9. klassile. - 17. väljaanne. - M .: Haridus, 2004.

1. Digitaalsete õpperessursside ühtne kogu ().

2. Digitaalsete õpperessursside ühtne kogu ().

Kodutöö

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Füüsika ülesannete kogumik 7. - 9. klassile

Molekulide kaootilise liikumisega toimub arvukalt gaasimolekulide omavahelisi kokkupõrkeid.

Kaugust, mille molekul lendab kahe järjestikuse kokkupõrke vahel, nimetatakse keskmiseks vabaks teeks ja seda tähistatakse λ-ga keskmised vabad teed molekuli üksikute kokkupõrgete vahel võivad üksteisest oluliselt erineda. Seetõttu kasutage keskmist vaba teed λ 1:

λ = (λ 1 + λ 2 +… + λz) / z.

Kui z tähistab molekuli keskmist kokkupõrgete arvu 1 sekundi jooksul, siis

λ = υ / z.

Browni liikumine - vedelikus või gaasis hõljuvate väikeste osakeste liikumine aine molekulide kompenseerimata mõjul.

difusioon- kontsentratsiooni tasandamise protsess, mis on tingitud aine ülekandest molekulaarse liikumise kaudu.

Molekulide mass ja suurus.

Molekulid on äärmiselt väikesed. Lihtsad üheaatomilised molekulid on umbes 10–10 m suurused, komplekssed polüaatomilised molekulid võivad olla sadu või tuhandeid kordi suuremad. (1 nm = 10-9 m). Näiteks: veemolekuli (H 2 O) läbimõõt on 0,26 nm.

Molekulaarkineetilises teoorias peetakse aine hulka võrdeliseks osakeste arvuga. Aine koguse ühikut nimetatakse mooliks (mol).

Mool on aine kogus, mis sisaldab sama arvu osakesi (molekule), kui on aatomeid 0,012 kg süsinikus 12C. Süsiniku molekul koosneb ühest aatomist.

Seega sisaldab iga aine üks mool sama palju osakesi (molekule). Seda arvu nimetatakse Avogadro konstandiks N A:

Avogadro konstant on molekulaarkineetilise teooria üks olulisemaid konstante.

Aine kogus ν on defineeritud kui aine osakeste (molekulide) arvu N ja Avogadro konstandi N A suhe:

Molaarmassi väljendatakse kilogrammides mooli kohta (kg / mol). Ainete puhul, mille molekulid koosnevad ühest aatomist, kasutatakse sageli terminit aatommass.

Aatomite ja molekulide massiühikuks loetakse 1/12 süsiniku isotoobi 12 C (massiarvuga 12) aatomi massist. Seda nimetatakse aatommassiühikuks (amu):

See väärtus langeb peaaegu kokku prootoni või neutroni massiga. Antud aine aatomi või molekuli massi suhet 1/12 süsinikuaatomi massist 12 C nimetatakse suhteliseks massiks.

Avogadro seadus: võrdses mahus erinevaid gaase samal rõhul ja temperatuuril sisaldab sama arv molekule.

Ideaalne gaas.

Gaasi peetakse ideaalseks, kui see vastab järgmistele tingimustele:

· Kõikide gaasimolekulide ruumala võib tähelepanuta jätta, võrreldes anuma mahuga, milles see gaas asub;

· Molekulide omavahelise kokkupõrke aeg on tühine võrreldes kahe kokkupõrke vahelise ajaga;

· Molekulid interakteeruvad üksteisega ainult otseses kokkupõrkes;

· Ideaalse gaasi molekulide vahelised tõmbejõud on tühised ja neid võib tähelepanuta jätta;

· Molekulide liikumine järgib Newtoni seadust.

Ideaalne gaas avaldab anuma seintele survet selle molekulide elastse mõju tõttu seintele.