Как доказать что молекулы маленькие
Урок по теме «Атомистическая гипотеза строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Размеры молекул»
Разделы: Физика
Тип урока: урок изучения нового материала.
Изложение нового материала
Сегодня мы приступаем к изучению нового раздела физики, который называется “Основы молекулярно-кинетической теории” (МКТ).
Цель урока: познакомиться с основными положениями молекулярно-кинетической теории и их опытными подтверждениями.
Кто скажет: Что такое молекула?
I. Все, кто интересуется окружающим нас миром, хотели бы знать, как устроена материя. И даже не из праздного любопытства, а скорее всего для практических целей:
Отсюда видно, что вопрос о природе вещества имеет большое значение для нашего с вами благосостояния и является одной из вечных проблем физики.
Вот каково значение представлений о строении вещества!
II. Всегда ли существовала эта теория в том виде, в котором мы ее изучаем в школе? Каковы пути ее становления?
История МКТ
Еще в 4-ом веке до нашей эры греческий ученый Демокрит считал, что все вещества состоят из мельчайших частичек. Однако у древних греков эти идеи были не более чем гениальной догадкой.
В 17 веке атомистика возрождается вновь, но уже не как догадка, а как научная гипотеза.
Особенное развитие эта гипотеза получила в трудах Михаила Васильевича Ломоносова (1711 – 1765 г.), который пытался объяснить известные физические и химические явления, исходя из молекулярного строения вещества. Ломоносов причину тепла видел в движении частиц тела.
Таким образом, Ломоносовым были по существу сформулированы молекулярно-кинетические представления.
Во второй половине 19 века и в начале 20 века атомистика превратилась в научную теорию.
III. На что же опирается МКТ?
Основные положения МКТ:
IV. Опытные подтверждения МКТ
Многие опыты подтверждают представления о строении вещества. Рассмотрим некоторые из них.
Опыт 1. Шар Гравезанда
При нагревании тел объем увеличивается, вследствие чего увеличиваются и промежутки между частицами.
Доказывает наличие промежутков между частицами.
Опыт 2. Окрашивание воды марганцовокислым калием.
— Почему небольшим кристаллом КМnО4 можно окрасить воду?
— О чем свидетельствует проникновение одного вещества в другое?
Ответ: О существовании промежутков в веществе, т.е. о дискретности его строения.
Опыт 3. Смешивание 50 мл воды и 50 мл спирта.
V
Фотографии, полученные с помощью электронного проектора, позволяют рассмотреть расположение атомов в веществе.
Увеличение проектора (n) равно отношению радиуса сосуда (R) к радиусу острия ( r ) и достигает двух миллионов. Именно поэтому удается видеть отдельные атомы.
n = 
Диаметр атома вольфрама, определяемый с помощью ионного проектора, оказывается равным приблизительно 2 * 10 –8 см. Размеры атомов, найденные другими методами, оказываются примерно такими же. Размеры молекул, состоящих из многих атомов, естественно, больше.
Эти размеры так малы, что их невозможно себе представить. В таких случаях прибегают к помощи сравнения. Вот одно из них. Если молекулу воды увеличить до размеров яблока, то само яблоко станет размером с земной шар.
V. Оценка размеров молекул
Для полной уверенности в реальности существования молекул необходимо определить их размеры.
Объем слоя масла равен произведению его площади поверхности S на толщину слоя d, Найти: d т.е. V = S d. Следовательно, размер молекулы оливкового масла равен: d = 
VI. Отработка изученного материала
Вопросы обучающимся:
1. Приведите примеры доказательств существования молекул.
2. Приведите факты, показывающие делимость веществ.
3. В чем состоит явление диффузии?
4. Какие опыты доказывают, что между молекулами твердых и жидких тел действуют силы притяжения и отталкивания?
5. Почему полировка трущихся поверхностей может привести не к уменьшению трения, а, наоборот, к увеличению?
6. Как доказать, что кусок сахара состоит из частиц?
7. Как экспериментально доказать, что частицы сахара взаимодействуют между собой?
8. Как доказать, что частицы сахара движутся?
9. Почему в холодной воде сахар растворяется медленнее?
VII. Подведение итогов
IX. Рефлексия: предлагается учащимся ответить на “вопросы”:
Дается оценка своей учебной деятельности на уроке.
Доказательства, что молекулы маленькие?
Доказательства, что молекулы маленькие.
Для того чтобы убедиться проделаем опыт
Через некоторое время вода в нем станет малиновой.
Отольем немного окрашеной воды в другой сосуд
и дольем чистой воды.
Раствор во втором сосуде будет окрашен слабее.
Поскольку в воде растворили очень мелкую маргонцовку и тлько часть ее попала во второй сосуд то можно предположить что молекулы маленькие.
3. Слово «молекула» в переводе с латинского языка означает… А) маленькая масса В) плазменный С) неделимый D) безжидкостный?
3. Слово «молекула» в переводе с латинского языка означает… А) маленькая масса В) плазменный С) неделимый D) безжидкостный.
5. 3 приведите примеры опытов, которые показывают, что частицы вещества очень малы.
Сформулировать 6 доказательств шарообразности земли?
Сформулировать 6 доказательств шарообразности земли.
Перечислите известные вам доказательства существования молекул?
Перечислите известные вам доказательства существования молекул.
Чем отличается молекула от молекулы веществаДайте определение молекуле?
Чем отличается молекула от молекулы вещества
Дайте определение молекуле.
Слово «молекула» в переводе с латинского языка означат?
Слово «молекула» в переводе с латинского языка означат.
А) маленькая масса б) плазменный с) неделимый д) безжидкостный.
Придумать доказательство притяжения и отталкивания молекул?
Придумать доказательство притяжения и отталкивания молекул.
Почему обувь изнашивается?
Почему обувь изнашивается?
Почему брюки протираются?
Почему тела такие большие если молекулы такие маленькие?
Физика. 10 класс
§ 2. Масса и размеры молекул. Количество вещества
В 1,0 см 3 любого газа, находящегося при нормальных условиях (температура t0 = 0,0 °С, давление р0 = 1,0 · 10 5 Па), содержится 2,7 · 10 19 молекул. Чтобы представить, насколько велико это число, предположим, что из отверстия в ампуле вместимостью V = 1,0 см 3 ежесекундно вылетает 100 молекул. Тогда, для того чтобы все молекулы вылетели из ампулы, потребуется 8,6 млрд лет, т. е. промежуток времени, сравнимый с возрастом Вселенной (12–15 млрд лет). Такое огромное число молекул в веществе свидетельствует о том, что их размеры очень малы. Каковы же размеры и масса частиц вещества? Как определить число атомов в любом макроскопическом теле?
Молекулярно-кинетическая теория предоставляет возможность оценить массу и размеры частиц, образующих макроскопические тела. Молекулы, как и атомы, не имеют чётких границ. Если представить молекулу в виде шарика, то её радиус имеет значение от 0,1 нм у простейших до 100 нм у сложных молекул, состоящих из нескольких тысяч атомов. Например, оценочный диаметр молекулы водорода составляет 0,2 нм, а диаметр молекулы воды — 0,3 нм. При таких размерах число частиц в веществе очень велико. Например, в одном грамме воды содержится 3,3 · 10 22 молекул.
Размеры и масса молекулы возрастают с увеличением числа атомов, которые входят в её состав. Атомы и молекулы (кроме многоатомных молекул органических веществ) имеют массу порядка 10 –26 кг. Из-за малых значений выражать массы атомов и молекул в килограммах (кг) неудобно. Поэтому для измерения масс атомов и молекул в химии и физике используют атомную единицу массы (а. е. м.). Атомную единицу массы выражают через массу изотопа углерода :
Массу молекулы (или атома), выраженную в атомных единицах массы, называют относительной молекулярной массой Mr (или относительной атомной массой Ar). Относительная молекулярная (или атомная) масса Mr показывает, во сколько раз масса m0 молекулы (или атома) больше атомной единицы массы:
В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (см. форзац 2) возле символов элементов указаны и их относительные атомные массы. В большинстве случаев при проведении расчётов значение относительной атомной массы округляют до целого числа, используя правила приближённых вычислений. Так, например, относительная атомная масса водорода равна 1, кислорода — 16, азота — 14.
Количество вещества, содержащегося в макроскопическом теле, определяют числом частиц в нём. Приведённые выше примеры показывают, насколько велико это число. Поэтому при расчётах принято использовать не абсолютное число частиц вещества, а относительное:
т. е. количество вещества ν определяют отношением числа частиц N этого вещества к постоянной Авогадро NA.
В молекулярно-кинетической теории наряду с относительной молекулярной (или атомной) массой используют м олярную массу M — массу вещества, взятого в количестве ν = 1 моль. Молярную массу M определяют отношением массы m вещества к его количеству ν:
Молярную массу вещества также можно вычислить по формуле
1. Во сколько раз число молекул водорода, взятого в количестве νв = 8 моль, больше числа молекул азота, количество вещества которого νа = 4 моль?
| Формула | Физические величины, входящие в формулу | Единицы физических величин |
| ν — количество вещества N — число частиц вещества NA — постоянная Авогадро | моль — моль –1 | |
| М — молярная масса | ||
| m — масса вещества m0 — масса молекулы вещества | кг кг | |
| NA = 6,022·10 23 моль –1 |
1. В каких единицах измеряют массы атомов и молекул?
2. Что такое количество вещества? Назовите единицу этой физической величины.
3. Что такое постоянная Авогадро?
4. Что называют молярной массой вещества?
РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛ. 7 класс
Молекулы очень малы. В разное время для определения размера молекул ставились разнообразные эксперименты. Один из них провёл английский учёный Рэлей.
В чистый широкий сосуд наливают воду и на её поверхность помещают каплю оливкового масла. Капля растекается но поверхности воды, и образуется круглая плёнка.
Постепенно площадь плёнки увеличивается, но затем растекание прекращается, и площадь больше не изменяется.
Рэлей предположил, что молекулы масла в этом опыте располагаются в один ряд, т. е. толщина плёнки совпадает с размером одной молекулы. Толщина пленки (или диаметр молекулы) в данном случае равна отношению объёма капли к площади плёнки. Учитывая значения, полученные в этом опыте, получаем
Когда говорят о размерах молекул или атомов, то в качестве единицы длины используют не метр, а ангстрем (обозначается А), равный 10 10 м, или нанометр, равный 10 9 м. Например, размер молекулы воды равен примерно 3 ангстремам (3 А), а размер атома золота равен примерно 1 ангстрему (1 А).
Размеры молекул и атомов очень малы. Если опоясать земной шар верёвкой вдоль экватора, то её длина окажется во столько раз больше ширины вашей ладони, во сколько раз ширина ладони больше диаметра атома. Интересен и такой пример: известно, что на специальном оборудовании можно получить листки золота толщиной менее 0.01 мкм. Но даже у такого тонкого листка количество атомных слоёв составляет порядка сотни.
КАК УВИДЕТЬ МОЛЕКУЛЫ И АТОМЫ
Из-за очень малых размеров молекулы нельзя увидеть невооружённым глазом или в обычные микроскопы. Только при помощи электронного микроскопа удалось сфотографировать наиболее крупные из них.
Сам мир молекул и атомов очень разнообразен. Если размер самых маленьких молекул достигает порядка 10 –10 м, то крупные молекулы могут достигать «больших» размеров микрометров (10 –6 м). Примерами таких молекул являются белки — это молекулы живой природы, которые состоят из огромного числа атомов.
Сами атомы также не являются неделимыми частицами. Современные технологии позволяют расщеплять атомы и создавать новые элементы.
Человечество подошло к новой эре — эре нанотехнологий. Нанотехнологии — это область знаний, позволяющая создавать материалы из относительно небольшого числа атомов. Физики в настоящее время научились работать с отдельными атомами и создавать из них новые материалы, обладающие качественно новыми физическими, химическими и биологическими свойствами. Как ожидается, нанотехнологии позволят решить многие важные для человечества задачи.
Примером одной из наноструктур является фуллерен, который получил своё название в честь архитектора Б. Фуллера, придумавшего подобные структуры для использования их в apxитектуpe.
Фуллерен внешне напоминает футбольным мяч, который состоит из заплаток пяти и шестиугольной формы. Бели представить, что в вершинах этого многогранника находятся атомы углерода, то получится самый стабильный фуллерен С60. Удивительные свойства молекулы фуллерена, связанные с их структурой и прочностью, позволили использовать их для решения самых разных практических задач в технике и медицине.
Дмитрий Иванович Менделеев (1834 1907). Великий русский химик, открывший периодический закон химических элементов, разносторонний учёный, педагог и общественный деятель.
Джон Уильям Стретт лорд Рэлей (1842-1919). Английский физик, член Лондон с кого королевского общества. Диапазон его научных интересов был очень широк акустика, теория колебаний, оптика, электричество и т. д.
Роберт Броун (1773-1858). Английский ботаник. Основные работы посвящены морфологии и систематике растений
dymontiger
Интересное в сети!
Курьезы, юмор, а иногда и жесть, все это вы найдете здесь;)
Все разнообразие нашего мира построено из атомов и молекул. Удивительно, как проявления форм жизни образовались лишь на основе протонов, нейтронов и электронов. Элементарная основа позволяет каждому веществу и организму выполнять свою функцию. Так из семи нот пишется музыка разных направлений, разных стилей. Мы собрали 10 самых интересных фактов об атомах и молекулах.
Самый легкий из атомов – атом водорода
В периодической таблице химических элементов водород стоит на первом месте. Его ядро состоит лишь из одного протона, вокруг которого вращается единственный электрон. Простейшее строение определяет минимальную массу, которую может иметь атом – 1,008 а.е.м. или 1,7х10-24 г.
На Земле водород существует в виде соединений с другими веществами или образует двухатомную молекулу Н2. Если считать в массовом отношении, на его долю приходится 1% земной коры. Если перевести массу в количество атомов, то содержание водорода окажется более внушительным – 17%. Этот показатель ставит элемент на второе место после кислорода (52%).
Во Вселенной водород составляет 88,6% от общей доли атомов, находящихся в космосе в виде звездного вещества и космической пыли.
Главной молекулой живой природы является молекула ДНК
В молекуле ДНК сосредоточена информация о строении каждой клетки живого организма, словно это проектное бюро города, где собраны подробные планы всех зданий. Внешне она напоминает перевитую веревочную лестницу, состоящую из двух нитей и соединенную водородными связями. ДНК вирусов может представлять одну цепочку.
Информация зашифрована в генах, то есть участках молекулы. Ген представляет собой определенную последовательность нуклеотидов, способных передать код для построения белков и РНК (информационных, транспортных, рибосомных, матричных).
Спираль ДНК человека, если ее вытянуть, протянется почти на 2 м. Это тем более удивительно, что она умещается в ядре размером меньше микрометра. Свернуться в компактную хромосому молекуле помогают нуклеосомы. На них ДНК наматывается, как на катушку.
Пыль – это частица, состоящая из квадриллиона атомов
Пылью называют твердые минеральные или органические частицы размером не более 0,05 мм. Природа образования может быть как естественной, так и связанной с деятельностью человека (антропогенной). В воздух поднимаются вулканический пепел, морская соль, сухая почва, продукты горения после пожаров, пыльца растений. Человек способствует загрязнению воздуха продуктами отопления и горных разработок, выхлопами автотранспорта, удобрениями. Вспашка земли и оголение почвы выкосами травы опасны выветриванием и переносом верхнего слоя грунта ветром.
Если сравнивать твердую взвесь с газообразными загрязнителями воздуха, то последние присутствуют в виде отдельных молекул. Пыль же в каждой частице содержит огромное число молекул и еще большее число атомов.
Атом может иметь электрический заряд
В составе атома электроны несут отрицательный заряд, протоны – положительный. Нейтроны не имеют заряда, то есть нейтральны. Когда количество протонов равно количеству электронов, заряд атома равен нулю. В случае, если электронов больше или меньше, чем протонов, у атома появляется заряд. Он становится ионом.
Ядро, состоящее из нейтронов и протонов, обладает ощутимой массой. Нужно определенное количество энергии, чтобы заставить его терять протоны. Электроны, которые вращаются вокруг него, значительно легче могут перемещаться от одного атома к другому. Добавление электронов приводит к образованию отрицательного заряда, потеря частиц – положительного. Атомы с положительным зарядом называют катионами, атомы с избытком электронов становятся анионами.
Самый тяжелый из атомов – атом урана
Из природных элементов атом урана имеет самую большую массу – 238,0289 а.е.м. В природе находится в основном в виде изотопа U-238. Атом с его 92 протонами чрезвычайно перегружен, при любой возможности выбрасывает протоны и нейтроны с огромной скоростью.
Открыл элемент германский химик Мартин Клапрот в 1789 году при анализе отработанной руды после добычи серебра. «Странное вещество», похожее на металл было диоксидом урана, но выяснилось это только через 50 лет. Клапрот назвал находку в честь далекой планеты, открытой к этому времени Гершелем.
В конце 19 века во Франции Анри Беккерель обнаружил радиоактивность урана, то есть способность терять частицы. Распад может иметь 14 циклов. Уран превращается в радий, радон и другие элементы, образуя на последней стадии свинец.
Слово «атом» происходит из древнегреческого языка и означает «неделимый»
Еще в Древней Греции философ и математик Демокрит предположил, что окружающее состоит из мельчайших частичек. Отсюда произошел термин «атом» или «atomos». Однако подтверждение теория получила только в результате работы ученых в последние 150 лет и с помощью изобретенного микроскопа.
Первое исследование провел англичанин Джон Дальтон на рубеже 18-19 веков. Он установил, что химические элементы вступают в реакции в строго определенном соотношении (закон кратных отношений).
Сейчас мы знаем, что атом представляет собой наименьшую частицу химического элемента и не всегда является неделимым. В состав атома входит ядро с протонами и нейтронами или просто нуклонами от латинского слова «nucleus» – ядро. Снаружи вокруг атома расположено электронное облако.
Стекло не является твердым телом
Твердость вещества – характеристика, основанная на прочности химических связей между атомами и молекулами. В жидкости частицы могут перемещаться относительно друг друга. В твердых телах они лишены такой возможности.
При производстве стекла молекулы кремния, обычно принимающие структуру кристаллической решетки, не успевают занят положенное им место. Стекло быстро остывает и частицы остаются перемешанными хаотично. Такое вещество называют аморфным, однако все же оно твердое.
Вязкость стекла сопоставима с вязкостью свинца, но ведь свинец никто не называет жидкостью. Бытует мнение, что со временем оконные стекла «стекают» вниз. В пример ставят витражи в средневековых храмах. Следует уточнить, что утолщения в их основании появились не с течением времени, а были изначально. Причина кроется в несовершенстве технологии производства.
Молекула меньше яблока во столько же раз, во сколько яблоко меньше Земли
Чтобы представить видимые и невидимые параметры окружающего мира, представим все молекулы одного кубического сантиметра воздуха в виде кирпичей. Их количества хватило бы для покрытия поверхности планеты на высоту 40-этажного дома.
Размеры молекул и атомов настолько малы, что в решении задач молекулярной физики используют относительные величины. Установить их удалось лишь с изобретением электронного микроскопа. Средний диаметр атома и простейшей молекулы составляет порядка 10-10 м. Так, размер молекулы белка – 43х10-10 м. Крупные молекулы достигают 10-7 м.
В ионный микроскоп можно разглядеть строение кристалла и даже определить межатомные расстояния.
Ученые смогли охладить молекулы монофторида стронция практически до абсолютного нуля
Выбор пал на монофторид стронция (SrF) неслучайно. Принцип охлаждения атомов основан на периодическом повторении поглощения и испускания фотонов под воздействием лазера. Таким образом атом теряет кинетическую энергию. Молекулы не настолько чувствительны. Мешает колебательная и вращательная энергия межатомных связей. У фторида стронция эти явления минимальны.
Группа ученых Йельского университета во главе с Д. Демиллем добилась охлаждения молекулы до 300 мкК (0,0003 К). За счет подобранной длины волны лазер погасил вращательные межатомные движения. В дальнейшем молекулы вели себя аналогично атому.
Практически такое достижение в перспективе можно использовать в квантовых компьютерах.
Скорость движения молекул воды может достигать 650 м/с
Молекулы воды находятся в постоянном тепловом движении. Они колеблются с большой частотой (одно колебание за 10-12 … 10-13 с) возле определенного положения, изредка прыгая на освободившееся соседнее место. Скорость движения при этом может приближаться к 600-650 м/с.
И все же молекулы не разлетаются, остаются жидкостью. Происходит это за счет водородных связей. В молекуле H2O пары электронов смещены в сторону кислорода. Водород, оставшийся практически без электрона, представляет собой положительно заряженное ядро. В результате протон водорода притягивает соседние атомы кислорода, образуя прочную межмолекулярную связь.
Благодаря такому сцеплению вода в условиях Земли принимает в основном жидкое состояние, а не кипит как аналогичные гидриды (серы, селена) при –80°С. Водородные связи определяют физические и химические свойства воды, на которых основана жизнь на нашей планете.
©