Докажите что молекулы взаимодействуют друг с другом

Докажите что молекулы взаимодействуют друг с другом

Силы взаимодействия молекул

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Заряд ядра равен суммарному заряду всех электронов, поэтому в целом атом электрически нейтрален.
Молекула, состоящая из одного или нескольких атомов, тоже электрически нейтральна.

Рассмотрим взаимодействие между молекулами на примере двух неподвижных молекул.

Между телами в природе могут существовать гравитационные и электромагнитные силы.
Так как массы молекул крайне малы, ничтожно малые силы гравитационного взаимодействия между молекулами можно не рассматривать.

На очень больших расстояниях электромагнитного взаимодействия между молекулами тоже нет.

Но, при уменьшении расстояния между молекулами молекулы начинают ориентироваться так, что их обращенные друг к другу стороны будут иметь разные по знаку заряды (в целом молекулы остаются нейтральными), и между молекулами возникают силы притяжения.

При еще большем уменьшении расстояния между молекулами возникают силы отталкивания, как результат взаимодействия отрицательно заряженных электронных оболочек атомов молекул.

В итоге на молекулу действует сумма сил притяжения и отталкивания. На больших расстояниях преобладает сила притяжения (на расстоянии 2-3 диаметров молекулы притяжение максимально), на малых расстояниях сила отталкивания.

Существует такое расстояние между молекулами, на котором силы притяжения становятся равными силам отталкивания. Такое положение молекул называется положением устойчивого равновесия.

Находящиеся на расстоянии друг от друга и связанные электромагнитными силами молекулы обладают потенциальной энергией.
В положении устойчивого равновесия потенциальная энергия молекул минимальна.

В веществе каждая молекула взаимодействует одновременно со многими соседними молекулами, что также влияет на величину минимальной потенциальной энергии молекул.

Кроме того, все молекулы вещества находятся в непрерывном движении, т.е. обладают кинетической энергией.

Таким образом, структура вещества и его свойства (твердых, жидких и газообразных тел) определяются соотношением между минимальной потенциальной энергией взаимодействия молекул и запасом кинетической энергии теплового движения молекул.

Строение и свойства твердых, жидких и газообразных тел

Строение тел объясняется взаимодействием частиц тела и характером их теплового движения.

Твердое тело

Твердые тела имеют постоянную форму и объем, практически несжимаемы.
Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул больше кинетической энергии молекул.
Сильное взаимодействие частиц.

Тепловое движение молекул в твердом теле выражается только лишь колебаниями частиц (атомов, молекул) около положения устойчивого равновесия.

Из-за больших сил притяжения молекулы практически не могут менять свое положение в веществе, этим и объясняется неизменность объема и формы твердых тел.

Жидкость

Жидкости имеют определенный объем, но не имеют своей формы, они принимают форму сосуда, в которой находятся.
Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул сравнима с кинетической энергией молекул.
Слабое взаимодействие частиц.
Тепловое движение молекул в жидкости выражено колебаниями около положения устойчивого равновесия внутри объема, предоставленного молекуле ее соседями

Молекулы не могут свободно перемещаться по всему объему вещества, но возможны переходы молекул на соседние места. Этим объясняется текучесть жидкости, способность менять свою форму.

В жидкостях молекулы достаточно прочно связаны друг с другом силами притяжения, что объясняет неизменность объема жидкости.

В жидкости расстояние между молекулами равно приблизительно диаметру молекулы. При уменьшении расстояния между молекулами (сжимании жидкости) резко увеличиваются силы отталкивания, поэтому жидкости несжимаемы.

По своему строению и характеру теплового движения жидкости занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами.
Хотя разница между жидкостью и газом значительно больше, чем между жидкостью и твердым телом. Например, при плавлении или кристаллизации объем тела изменяется во много раз меньше, чем при испарении или конденсации.

Газы не имеют постоянного объема и занимают весь объем сосуда, в котором они находятся.
Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул меньше кинетической энергии молекул.
Частицы вещества практически не взаимодействуют.
Газы характеризуются полной беспорядочностью расположения и движения молекул.

Расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров молекул. Малые силы притяжения не могут удержать молекулы друг около друга, поэтому газы могут неограниченно расширяться.
Газы легко сжимаются под действием внешнего давления, т.к. расстояния между молекулами велики, а силы взаимодействия пренебрежимо малы.
Давление газа на стенки сосуда создается ударами движущихся молекул газа.

Источник

О существовании сил притяжения между молекулами

Опыт I. Опыт со свинцовыми цилиндрами

А.В. Перышкин. Физика 7, стр 30.

Техника безопасности

Нижний цилиндр подвесить к штативу на прочной нити, чтобы в случае отрыва от верхнего не поранить руку.

Цель эксперимента

Доказать существование между молекулами сил взаимного притяжения и их зависимость от расстояния между ними.

Гипотеза:

Взаимное притяжение между молекулами проявляется при малых расстояниях между ними, сравнимых с размерами самих молекул.

Оборудование:

Фото

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

Опыт 1. Два свинцовых цилиндра вплотную прижимаем друг к другу торцами.

Цилиндры не сцепляются вместе.

Между молекулами существуют силы притяжения. Они становятся заметными только на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул. В опыте 1 не удалось сблизить молекулы на малое расстояние, чтобы притяжения между ними были заметны.

Опыты 2 и 3 показывают, что сила притяжения между молекулами заметны при малых расстояниях между ними и они достаточно большие.

Опыт 2. а) С помощью струга зачищаем и выравниваем торцы двух свинцовых цилиндров.

б). Большим усилием прижимаем цилиндры друг к другу свежими срезами.

Цилиндры сцепляются вместе.

Опыт 3. а) За верхний крючок подвесим верхний цилиндр к штативу.

б) К нижнему цилиндру привязываем прочную нить в целях безопасности.

в) К крючку нижнего цилиндра подвешиваем грузики.

Сцепление цилиндров такое, что цилиндры не удается оторвать друг от друга даже при достаточной нагрузке.

Опыт 2. Подъём тарелки мылом

(А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9)

Техника безопасности

Осторожность при работе с жидкостью, водой.

Цель эксперимента

Доказать существование сил притяжения между молекулами воды

Гипотеза:

На простом физическом опыте можно доказать существование притяжения между молекулами воды, продемонстрировать явление смачивания

Оборудование:

Фото

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

Сухие листочки бумаги кладем друг на друга.

Листочки бумаги не прилипают друг к другу

Листочки бумаги имеют шероховатую поверхность, поэтому слабо проявляются силы молекулярного притяжения.

На сухой листочек кладем мокрый листочек бумаги.

Листочки бумаги прилипают друг к другу

Листочки бумаги смачиваются водой. Молеку­лы воды приблизятся к молекулам бумаги настолько, что межмолекулярное притяжение уже будет удерживать листы друг возле друга

Опыт 3.

(А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9)

Техника безопасности

Беречь глаза от попадания мыла.

Цель эксперимента

Доказать существование сил притяжения между молекулами воды

Гипотеза:

На простом физическом опыте можно доказать существование притяжения между молекулами воды, продемонстрировать явление смачивания

Оборудование:

Фото

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

Прижимаем сухое мыло к сухой поверхности тарелки.

Кусок мыла легко отрывается от тарелки, тарелка остается на столе.

Взаимодействие молекул тарелка и мыла было незначительном, так как не удалось сблизить молекулы на малое расстояние.

Между тарелкой и куском мыла образовалась мыльная пена, молекулы которой максимально сблизились с молекулами тарелки, и между ними возникло взаимное притяжение, т.е. тарелка и кусок мыла «склеились».

Наливаем на тарелку воду и сразу сольем. К влажной поверхности тарелки прижимаем кусок мыла, повернем мыло несколько раз и поднимаем вверх.

Тарелка вместе с мылом отрывается от поверхности стола.

Применение рассматриваемого явления на практике.

Притяжение между молекулами на практике для человека может быть полезным и вредным.

Полезное: Пайка, склеивание, сварка.

Вредное: При складывании между полированными стеклами кладут листочки бумаги.

Смачивание:«Нановорсистые» покрытия, гидрофильные и гидрофобные материалы.

Смачивание:Эффект лотоса – эффект крайне низкой смачиваемости поверхности, который можно наблюдать на листьях и лепестках некоторых растений. Несмачиваемость крыльев насекомых. Если крылья насекомых будут смачиваться, насекомые потеряют способность к полету.

Гидрофильные и гидрофобные покрытия в животном и растительном мире.

Интересные факты в рассматриваемом явлении

Источник

Взаимодействие молекул.

1) если r = , то , =0 … ра­в­но­весие;

2) если r , то , … от­талкивание;

3) если r , то , 0 … притяжение;

4) если r 2 , то обе силы исчезают.

5.67. Взаимодействие молекул поверх­ностно­го слоя жидкости и молекул­, в глу­бине жидкости.

?

1) равнодействующая всех сил, дейст­вующих на молекулу равна нулю;

2) равнодействующая всех сил, дейст­вующих на молекулу направлена вниз, поэтому часть молекул с поверх­ности жидкости уходит в глу­бину;

3) расстояние между поверхностными молеку­лами увеличивается, т. е. r сила притя­жения между поверх­ност­ными молеку­лами уве­ли­чивается, по­верх­ность жидкости «натягива­ет­ся» ;

4) разорвать продавить поверхностный слой можно, если приложить силу боль­шую чем, сила поверхностного натяже­ния.

Другие примеры проявления сил поверх­ностно­го натяжения.

2)Мыльная плёнка проволочном кольце:

1) Мыльный пузырь имеет два поверх­ностного слоя: внешний и внутренний.

2) Плёнка имеют два поверхностного слоя: спереди и сзади.

3) Под действием сил поверхностного натя­жения мыльный пузырь приобретает шаро­образную форму.

4) Под действием сил поверхностного натя­жения плёнка смещает нить до дуги, если убрать плёнку справа.

Явление смачива­ния и не сма­чивания. Копил­лярные явле­ния

5.68. Явление смачивания наблюдает­ся при взаимодействии жидкости и твёр­дого тела. При смачивании молекулы жи­д­кости и твёрдого тела притягиваются друг к другу силь­нее, чем молекулы жид­кости друг к другу, поэтому жид­кость рас­текается по твёрдому телу под действием сил притя­жения молекул твёрдого тела:

1) вода на чистом стекле, стекло смачивает,

2) ртуть на цинке, цинк смачивает,

3) молекулы воды при соприкосновении со стеклянной пластинкой притягивают пластинку, т.к. вода смачивает стекло,

4) вода смачивает шерсть котёнка:

5.69. Явление не смачивания наблю­да­ет­­ся при взаимодействии жидкости и твёр­дого тела. При не смачивании мо­ле­кулы жидкости притяги­ва­ются друг к дру­гу сильнее, чем молекулы жидкости к мо­ле­кулам твёрдого тела поэтому жид­кость под действием сил притяжения мо­лекул жидкости собирается в форму близ­кую к шарообразной.

Примеры не смачивания:

1) вода на жирном стекле

4) вода на жирных перьях водо­пла­ва­ю­щих птиц:

Капилляры. Ка­пиллярные явления

5.70. Капилляры – тонкие трубки, диа­метр которых составляет миллиметр и менее.

5.71. Жидкость смачивает капиллярную трубку – в этом случае жидкость подни­ма­ется по трубке на высоту h под дейст­вием сил поверхностного натяжения:

h =

h – высота, на которую поднимается жид­кость по капиллярному сосуду,

g = 9,8 ,

r– радиус капиллярного сосуда.

Примеры смачивания капил­ля­ров:

1) рафинированный сахар;

2) промокательная бумага;

3) махровое полотенце;

4) сеть капилляров растений питают­, рас­прост­раняют питание по стволу, ветвям, и листьям;

5) мелкие кровеносные сосуды в теле че­ло­века – капилляры;

6) рыхление – разрушение капилляров в почве для того, чтобы вода из почвы не поднималась по капиллярам и не испа­ря­лась.

5.72. Жидкость не смачивает капил­лярный сосуд – равнодействующая сил поверхностных молекул направлена вниз и жидкость опускается вниз по капил­ля­ру:

Дата добавления: 2015-07-10 ; просмотров: 3795 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Молекулярно кинетическая теория

Молекулярно кинетическая теория МКТ это теория которая рассматривает свойства вещества, которые обусловлены его молекулярным строением: превращения вещества при изменении энергии его молекул, изменения агрегатных состояний тел и т. п.

Что такое молекулярно кинетическая теория

Основные положения молекулярно кинетической теории и ее опытные обоснования

Основные положения молекулярно кинетической теории сводятся к следующим:

О правильности атомно-молекулярного строения вещества свидетельствуют такие явления.

Броуновское движение

Броуновское движение весьма наглядно подтверждает наличие непрерывного хаотического движения молекул вещества.

Наблюдая в сильный микроскоп за маленькими частицами, находящимися в спокойной жидкости или газе (например, за капельками жира в воде), можно увидеть движение этих частиц.

Оно непрерывно и беспорядочно. Чем меньше частица, тем интенсивнее она движется. Это явление, открытое английским ботаником Броуном в 1827 г., получило название броуновского движения.

Движение частиц

Было доказано, что движение частиц вызвано толчками окружающих молекул жидкости или газа. Хотя молекулы жидкости (газа) ударяют частицы со всех сторон, но иногда с одной стороны о частицу ударится больше молекул, чем с другой, в результате чего частица начинает двигаться.

Броуновские частицы под влиянием беспорядочных ударов молекул и совершают движение.

На интенсивность броуновского движения влияет температура: с ее повышением увеличивается скорость движения молекул вещества.

Диффузия в газах, жидкостях, твердых телах

Диффузией называется процесс проникновения молекул одного вещества в межмолекулярное пространство другого вещества при их соприкосновении.

Если в стеклянный стакан бросить вату, смоченную бромом, и закрыть крышкой, то видно как пары брома бурого цвета расходятся по всему стакану.

Диффузию жидкостей можно наблюдать на следующем опыте. Нальем в стеклянный сосуд раствор медного купороса, а сверху чистую воду так, чтобы была видна резкая граница между ними.

Плотность чистой воды меньше, чем плотность раствора медного купороса, поэтому под действием силы тяжести резкость границы не должна нарушиться.

Через несколько дней резкая граница между жидкостями исчезнет, так как происходит взаимная диффузия медного купороса и воды.

Диффузия твердых тел

Чтобы наблюдать диффузию в твердых телах, необходимо сблизить поверхности двух тел (пришлифовать).

Молекулы твердого тела только колеблются около положений равновесия. Однако среди молекул, расположенных в поверхностном слое одного тела, могут оказаться молекулы с большой амплитудой колебания.

Которые во время колебаний настолько удаляются от молекул кристалла одного тела, что попадают в сферу притяжения молекул кристалла другого тела и захватываются им.

На новом месте молекулы продолжают совершать колебательные движения.

Диффузия быстрее происходит в газах, а медленнее — в твердых телах. Она резко возрастает с повышением температуры.

Взаимодействие молекул

Во всех телах (твердых, жидких и газообразных) молекулы взаимодействуют друг с другом.

Способность твердого тела сопротивляться растяжению, существование сил поверхностного натяжения жидкостей являются доказательствами наличия сил взаимного притяжения между молекулами вещества в любом агрегатном состоянии.

О том, что между молекулами действуют также и силы взаимного отталкивания, говорят следующие факты: способность жидких, твердых тел и уплотненных газов сопротивляться сжатию.

Если бы не было сил притяжения и отталкивания, которые действуют одновременно, то частицы, образующие тела, разлетелись бы в разные стороны или «слиплись» бы.

Силы взаимного притяжения и отталкивания по-разному зависят от расстояний между молекулами: на очень близких расстояниях преобладают силы отталкивания, а на более далеких — силы взаимного притяжения. На бесконечно большом удалении друг от друга молекулы не взаимодействуют.

Межмолекулярное взаимодействие

Межмолекулярное взаимодействие имеет электрическую природу, хотя молекула в целом электрически нейтральна, так как суммы положительных и отрицательных зарядов в ней равны друг другу.

При такой компенсации электрических зарядов электрическое поле за пределами молекулы быстро убывает с расстоянием.

Уже на расстоянии двух-трех диаметров молекулы можно считать поле равным нулю. Поэтому на расстоянии между центрами двух молекул г, превышающем несколько диаметров молекулы, силы взаимодействия между молекулами слишком малы (рис. 2, а).

Если сблизить эти молекулы на расстояние двух-трех диаметров, возникает взаимодействие электрических зарядов ядер и электронных оболочек молекул. Разноименные заряды начнут притягиваться, а одноименные отталкиваться.

Это приведет к небольшой деформации взаимодействующих молекул (на рис. 2, б показано мгновенное распределение зарядов в молекулах). Между молекулами возникают силы притяжения F_прит.

Эти силы возникают вследствие того, что расстояние между разноименными зарядами чуть меньше, чем между одноименными.

При дальнейшем сближении молекул будет возрастать их деформация и возрастать величина сил притяжения.

Но, когда молекулы «соприкоснутся» своими электронными оболочками, дальнейшее их сближение станет невозможным, так как между электронными оболочками этих молекул возникнут большие силы отталкивания (рис. 2, в).

Силы отталкивания резко возрастают при уменьшении расстояния между центрами молекул.

Ha некотором, определенном для данной пары молекул, взаимном расстоянии r₀ силы притяжения и силы отталкивания уравновесят друг друга, а результирующая сила F (r₀) станет равна нулю.

Такое расстояние r₀ соответствует положению равновесия взаимодействующих молекул, если отсутствует тепловое движение.

Изучая поведение большой совокупности молекул, удобно пользоваться не силой взаимодействия молекул, а потенциальной энергией U.

B положении равновесия, когда r = r₀, система молекул обладает наименьшим запасом потенциальной энергии U_мин.

При низких температурах, когда кинетическая энергия молекул мала (kT

При высоких температурах, то есть при большой кинетической энергии молекул (kT >> | U_мин |), интенсивное тепловое движение молекул мешает молекулам соединиться в агрегаты из нескольких частиц, оставляя их на некотором расстоянии r

Если взять промежуточные значения температур (kT≈ | U_мин |), то оказывается, что молекулы непрерывно перемещаются в пространстве, обмениваясь местами.

Однако они не будут увеличивать взаимного расстояния на величину, заметно превышающую r₀. Вещество при этом находится в жидком агрегатном состоянии.

Следовательно, в зависимости от температуры любое вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

На агрегатные состояния вещества также влияет и объем, который занимает система его молекул. При достаточно больших объемах молекулы могут удаляться друг от друга на такие расстояния, на которых средняя энергия сил притяжения очень мала.

Поэтому всегда над твердыми и жидкими телами имеется небольшое количество того же вещества в газообразном состоянии.

Движение молекул газа, жидкостей и твердых тел

Среднее расстояние между молекулами газа в десятки раз превышает размеры его молекул. Только 0,04% объема, занятого газом, приходится на долю самих молекул, а остальная часть пространства составляет свободный от молекул объем.

Взаимного притяжения молекул газа практически нет, и их движение происходит по инерции. Молекула газа движется равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не столкнется с другой молекулой, а, изменив направление и величину скорости, снова будет двигаться равномерно и прямолинейно до очередного столкновения.

Если молекулы газа состоят из нескольких атомов, то при столкновении они приобретают еще и вращательное движение. Таким образом, тепловое движение молекул газов является поступательным и вращательным.

В жидкостях силы сцепления молекул некоторое время удерживают их в равновесии, где они колеблются, а затем перескакивают в новое положение равновесия и т. д.

Таким образом, тепловое движение молекул жидкостей в основном является колебательным и поступательным.

В твердых телах молекулы расположены плотнее, чем в жидкостях, получаемых после плавления этих тел. Тепловое движение молекул в твердых телах в основном является колебательным, хотя возможны переходы молекул из одного положения в другое в твердых телах, что подтверждается диффузией.

Молекулярно кинетическая теория задачи

Пример решения задач 1.

Вычислить массу одной молекулы азота.

Решение.

Задача 2

Сколько молекул содержится в 5 см 3 газа при нормальных условиях?

Решение.

Ответ: П ри нормальных условиях 13,5 • 10 19 молекул газа.

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник