ПОГЛАВЈЕ 4. ПОЧЕТНИ ИНФОРМАТИЧКИ ЧАС ЗА СТРУКТУРАТА НА МАТЕРИЈАТА
Решавањето проблеми на оваа тема треба да им помогне на учениците да развијат првични концепти за молекуларната структура на супстанциите.
Во задачите, неопходно е да се разгледаат, пред сè, таквите факти, чие научно објаснување неминовно води до идејата дека телата се состојат од ситни честички - молекули.
Следно, треба да се решат голем број проблеми кои даваат идеја за големината на молекулите, како и нивните својства, движење и интеракција. Поради недоволната математичка подготовка на учениците, повеќето проблеми мора да бидат квалитетни.
Значително внимание мора да се посвети и на експерименталните проблеми. Учениците можат да вршат и едноставни експериментални задачи дома.
Добиените информации за молекуларната структура на супстанциите потоа се користат за објаснување на разликите помеѓу цврстата, течната и гасовитата состојба на материјата.
1. Постоење на молекули. Молекуларни големини
Корисно е да се разјасни и продлабочи првичниот концепт на молекулите и нивните големини со помош на задачи во кои се дадени фотографии од молекули добиени со помош на електронски микроскоп.
Решавањето на проблеми кои ја покажуваат сложената структура на молекулите не е потребно. Но, во воведниот план, особено на часовите со силни академски перформанси, можете да разгледате 2-3 проблеми кои покажуваат дека молекулите на сложените супстанции се состојат од помали честички - атоми.
Заедно со квалитативните, можете да дадете проблеми при едноставни пресметки на апсолутните и релативните големини на молекулите.
43. Слика 11 покажува фотографија со електронски микроскоп на цврста честичка. Кои
Ориз. 11. (види скенирање)
Дали врз основа на оваа фотографија може да се донесе заклучок за структурата на цврстото тело? Користејќи ја скалата наведена на фотографијата, одреди ја големината на една честичка - молекула.
Решение. Се обрнува внимание на фактот дека сите молекули се идентични, сместени во цврсто тело во одреден редослед и имаат толку густо пакување што меѓу нив остануваат само мали празнини.
За да го одредите дијаметарот на молекулите, избројте го нивниот број (50) на посоченото растојание од 0,00017 cm и, со пресметување, најдете дека дијаметарот на молекулата е приближно 0,000003 cm.
Кажете им на учениците дека ова е џиновска молекула. Молекулата на водата, на пример, има дијаметар околу сто пати помал.
44. Оптичкиот микроскоп ви овозможува да разликувате предмети со големина од околу 0,00003 cm Дали е можно да се види капка вода со дијаметар од сто, илјада, милион молекули во таков микроскоп? Дијаметарот на молекулата на водата е приближно
Следствено, со оптички микроскоп можете да видите само капка вода чиј дијаметар е најмалку 1000 пати поголем од дијаметарот на молекулата на водата. Самите молекули на водата не можат да се видат со оптички микроскоп.
45. Бројот на молекули во воздухот при нормален притисок и 0°C е . Претпоставувајќи дека дијаметарот на една молекула на гас е приближно 0,00000003 cm, пресметајте колку долги би биле „монистра“ кога сите овие молекули би можеле да бидат цврсто нанижани на невидлива нишка.
Одговори. 8 милиони км.
46 (д). Ставете две епрувети наопаку во вода и ставете ги во нив голите жици прикачени на столбовите на батеријата.Набљудувајте ги меурчињата со гас и испитајте го нивниот состав со помош на тлее фрагмент. Од каде потекнуваат гасовите?
Решение. Врз основа на светлото палење на цепнатинките во едната епрувета и блицот во другата, се заклучува дека во едната епрувета имало кислород, а во другата водород.
Тие објаснуваат дека гасовите се појавиле при разградување на молекула на вода. Следствено, својствата на молекулата не се зачувани кога се делат на помали делови. Учениците може да се информираат дека водата се разградува и на кислород и водород кога водената пареа се загрева на многу висока температура.
Молекулите доаѓаат во различни големини и форми. За јасност, ќе ја прикажеме молекулата во форма на топка, замислувајќи дека е покриена со сферична површина, во која се електронските обвивки на нејзините атоми (сл. 4, а). Според современите концепти, молекулите немаат геометриски дефиниран дијаметар. Затоа, беше договорено да се земе дијаметарот d на молекулата како растојание помеѓу центрите на две молекули (слика 4, б), кои се толку блиску што привлечните сили меѓу нив се избалансирани со одбивни сили.
Од курсот по хемија е познато дека килограм-молекула (киломол) од која било супстанција, без оглед на состојбата на агрегација, содржи ист број на молекули, наречени Авогадров број, имено N A = 6,02*10 26 молекули.
Сега да го процениме дијаметарот на молекулата, на пример вода. За да го направите ова, поделете го волуменот на киломол вода со бројот на Авогадро. Киломол вода има маса 18 кг.Под претпоставка дека молекулите на водата се наоѓаат блиску една до друга и нејзината густина 1000 kg/m3,можеме да го кажеме тоа 1 kmolводата зафаќа волумен V = 0,018 m3. Една молекула вода е одговорна за волуменот
Земајќи ја молекулата како топка и користејќи ја формулата за волумен на топка, го пресметуваме приближниот дијаметар, инаку линеарната големина на молекулата на водата:
Дијаметар на бакарна молекула 2,25*10 -10 м.Дијаметарот на молекулите на гасот е од ист ред. На пример, дијаметарот на молекула на водород 2,47*10 -10 m,јаглерод диоксид - 3,32*10 -10 м.Тоа значи дека молекулата има дијаметар од редот на 10 -10 м.Во должина 1 смВо близина може да се лоцираат 100 милиони молекули.
Да ја процениме масата на една молекула, на пример шеќер (C 12 H 22 O 11). За да го направите ова, потребна ви е маса од килограм шеќер (μ = 342,31 kg/kmol)поделено со бројот на Авогадро, т.е. со бројот на молекули во
Кикоин А.К. Едноставен начин за одредување на големината на молекулите // Квантна. - 1983. - бр.9. - стр.29-30.
По посебен договор со уредувачкиот одбор и уредниците на списанието „Квант“
Во молекуларната физика, главните „актери“ се молекулите, незамисливо малите честички кои ги сочинуваат сите супстанции во светот. Јасно е дека за проучување на многу феномени е важно да се знае какви молекули се тие. Конкретно, кои се нивните големини.
Кога луѓето зборуваат за молекули, тие обично се сметаат за мали, еластични, тврди топчиња. Затоа, да се знае големината на молекулите значи да се знае нивниот радиус.
И покрај малата молекуларна големина, физичарите успеаја да развијат многу начини за нивно одредување. Физика 9 зборува за две од нив. Човек ја користи способноста на некои (многу малку) течности да се шират во форма на филм со дебелина од една молекула. Во друга, големината на честичките се одредува со помош на сложен уред - јонски проектор.
Меѓутоа, постои многу едноставен, но не и најточен метод за пресметување на радиусите на молекулите (или атомите).Тој се заснова на фактот дека молекулите на супстанцијата, кога е во цврста или течна состојба, може да се сметаат за цврсто соседни еден до друг. Во овој случај, за груба проценка, можеме да претпоставиме дека волуменот Внекоја маса мна супстанцијата е едноставно еднаква на збирот на волумените на молекулите што ги содржи. Потоа го добиваме волуменот на една молекула со делење на волуменот Впо број на молекули Н.
Број на молекули во тело со тежина ме еднакво, како што е познато, \(~N_a \frac(m)(M)\), каде М- моларна маса на супстанцијата НА е бројот на Авогадро. Оттука и јачината на звукот ВОд еднаквоста се одредува 0 од една молекула
\(~V_0 = \frac(V)(N) = \frac(V M)(m N_A)\) .
Овој израз го вклучува односот на волуменот на супстанцијата со неговата маса. Инверзната релација \(~\frac(m)(V) = \rho\) е густината на супстанцијата, така што
\(~V_0 = \frac(M)(\rho N_A)\) .
Густината на речиси секоја супстанција може да се најде во табели достапни за секого. Моларната маса лесно се одредува дали е позната хемиската формула на супстанцијата.
\(~\frac(4)(3) \pi r^3 = \frac(M)(\rho N_A)\) .
од кој го добиваме изразот за радиусот на молекулата:
\(~r = \sqrt (\frac(3M)(4 \pi \rho N_A)) = \sqrt (\frac(3)(4 \pi N_A)) \sqrt (\frac(M)(\rho) )\) .
Првиот од овие два корени е константна вредност еднаква на ≈ 7,4 10 -9 mol 1/3, така што формулата за рсе преправа
\(~r \приближно 7,4 \cdot 10^(-9) \sqrt (\frac(M)(\rho)) (m)\) .
На пример, радиусот на молекулата на водата пресметан со оваа формула е еднаков на р B ≈ 1,9 · 10 -10 m.
Опишаниот метод за одредување на радиусите на молекулите не може да биде точен само затоа што топчињата не можат да се постават така што нема празнини меѓу нив, дури и ако се во контакт едни со други. Покрај тоа, со такво „пакување“ на молекули-топки, молекуларните движења би биле невозможни. Сепак, пресметките на големини на молекулите со помош на формулата дадена погоре даваат резултати кои речиси се совпаѓаат со резултатите од другите методи, кои се неспоредливо попрецизни.
И потсекција во која модерните методи на филтрирање засновани на принципот на сито беа разгледани во општи услови. И тие навестија дека мембранските прочистувачи ја прочистуваат водата со различни квалитети, кои зависат од големината на „клетките“, наречени пори, во овие мембрански сита. Соодветно, микрофилтрација на вода- Ова е прва технологија на мембрански системи за прочистување на водата што ќе ја разгледаме.
Микрофилтрацијата на водата е прочистување на водата на ниво на големи молекули (макромолекули), како што се честички од азбест, боја, јагленова прашина, протозои цисти, бактерии, 'рѓа. Додека макрофилтрацијата (на водата) влијае на песокот, големите честички тиња, големите честички на 'рѓа итн.
Можеме грубо да кажеме дека големини на честички што ги прикажува макрофилтрацијата се честички поголеми од 1 микрометар (ако се користи специјален кертриџ од еден микрон). Додека големината на честичките што ја отстранува микрофилтрацијата е честички од 1 микрон до 0,1 микрон.
Може да прашате: „Но, ако се отстранат честичките до 0,1 микрони, зарем честичките од 100 микрони не би биле заробени со микрофилтрација? Зошто да напишете „1 микрон до 0,1 микрони“ - тоа е контрадикција?
Всушност, нема посебна контрадикција. Навистина, микрофилтрацијата на водата ќе ги отстрани бактериите и огромните парчиња песок. Но, целта на микрофилтрацијата не е да се отстранат големите парчиња песок. Целта на микрофилтрацијата е „да се отстранат честичките во одреден опсег на големина“. Тогаш како би ОПоголемите честички едноставно ќе го затнат прочистувачот и ќе доведат до дополнителни трошоци.
Значи, да преминеме на карактеристиките на микрофилтрацијата на водата.
Бидејќи микрофилтрацијата ги отстранува честичките со големина од 0,1-1 микрони, можеме да го кажеме тоа микрофилтрацијае мембранска технологија за прочистување на водата, која се јавува на мембрански сита со дијаметар на порна клетка од 0,1-1 микрони. Тоа е, на такви мембрани се отстрануваат сите супстанции поголеми од 0,5-1 микрони:
Колку целосно ќе се отстранат зависи од дијаметарот на порите и вистинската големина на, да речеме, бактериите. Значи, ако бактеријата е долга, но тенка, тогаш лесно ќе се вклопи низ порите на микрофилтрациската мембрана. А подебелата сферична бактерија ќе остане на површината на „ситото“.
Најчеста употреба на микрофилтрација е во прехранбената индустрија(за обезмастено млеко, концентрирање на сокови) и во медицината(за примарна подготовка на медицински суровини). Се користи и микрофилтрација во индустриски третман на вода за пиење- главно во западните земји (на пример, во Париз). Иако има гласини дека една од станиците за третман на вода во Москва користи и технологија за микрофилтрација. Можеби ова е вистина :)
Но, постојат и филтри за домаќинство базирани на микрофилтрација.
Најчестиот пример е следете ги микрофилтрациските мембрани. Трага од зборот „песна“, односно трага, а ова име е поврзано со тоа како се прават мембраните од овој тип. Постапката е многу едноставна:
- Полимерната фолија е бомбардирана од честички, кои поради сопствената висока енергија согоруваат траги во филмот - вдлабнатини со приближно иста големина, бидејќи честичките со кои е бомбардирана површината се со иста големина.
- Потоа овој полимерен филм се гравира во раствор, на пример, киселина, така што трагите од ударите на честичките се провлекуваат.
- Па, тогаш едноставна процедура за сушење и фиксирање на полимерната фолија на подлогата - и тоа е сè, мембраната за микрофилтрација на патеката е подготвена!
Како резултат на тоа, овие мембрани имаат фиксен дијаметар на порите и мала порозност во споредба со другите системи за третман на вода со мембрана. И заклучокот: овие мембрани ќе ги отстранат честичките само со одредена големина.
Постои и пософистицирана верзија на микрофилтрациони мембрани за домаќинство - микрофилтрациони мембрани обложени со активен јаглен. Тоа е, чекорите наведени погоре вклучуваат уште еден чекор - нанесување на тенок слој од. Овие мембрани ги отстрануваат не само бактериите и механичките нечистотии, туку и
- мирис,
- органска материја,
- итн.
Треба да се земе предвид дека за микрофилтрационите мембрани постои опасност. Така, бактериите кои не поминале низ мембраната почнуваат да живеат на оваа мембранаи издавање производи од вашиот животво прочистена вода. Тоа е, се јавува секундарно труење со вода. За да се избегне ова, неопходно е да се следат упатствата на производителот за редовна дезинфекција на мембраните.
Втората опасност е тоа бактериите ќе почнат сами да ги јадат овие мембрани. И во нив ќе направат огромни дупки, кои ќе овозможат да поминат супстанциите што треба да ги задржи мембраната. За да спречите тоа да се случи, треба да купите филтри базирани на супстанции отпорни на бактерии (на пример, керамички мембрани за микрофилтрација) или да бидете подготвени често да ги заменувате мембраните за микрофилтрација.
Честата замена на микрофилтрациските мембрани е поттикната и од фактот што тие не е опремен со механизам за испирање. И порите на мембраната едноставно се затнати со нечистотија. Мембраните откажуваат.
Во принцип, сè е за микрофилтрација. Микрофилтрацијата е прилично висококвалитетен метод за прочистување на водата. Сепак,
Вистинската цел на микрофилтрацијата не е да се подготви вода за пиење (поради опасноста од бактериска контаминација), туку да се пречисти водата пред следните фази.
Фазата на микрофилтрација го отстранува најголемиот дел од товарот од следните фази на третман на вода.
Врз основа на материјали Како да изберете филтер за вода: http://voda.blox.ua/2008/07/Kak-vybrat-filtr-dlya-vody-22.html
Кога два или повеќе атоми хемиски се поврзуваат едни со други, се формираат молекули. Не е важно дали овие атоми се исти или дали се сосема различни едни од други, и по форма и по големина. Ќе откриеме која е големината на молекулите и од што зависи.
Што се молекули?
Со илјадници години, научниците размислуваат за мистеријата на животот, што точно се случува кога тој започнува. Според најстарите култури, животот и сè на овој свет се состои од основните елементи на природата - земја, воздух, ветер, вода и оган. Меѓутоа, со текот на времето, многу филозофи почнаа да ја истакнуваат идејата дека сите нешта се составени од ситни, неделиви нешта кои не можат да се создадат или уништат.
Сепак, дури по појавата на атомската теорија и модерната хемија, научниците почнаа да постулираат дека честичките, земени заедно, ги доведоа основните градежни блокови на сите нешта. Така се појавил терминот кој во контекст на модерната теорија на честички се однесува на најмалите единици на маса.
Според својата класична дефиниција, молекулата е најмалата честичка на супстанцијата која помага во одржување на нејзините хемиски и физички својства. Се состои од два или повеќе атоми, или групи на идентични или различни атоми, држени заедно со хемиски сили.
Која е големината на молекулите? Во 5-то одделение, природната историја (училишен предмет) дава само општа идеја за големини и форми; ова прашање подетално се изучува во средно училиште на часовите по хемија.
Примери на молекули
Молекулите можат да бидат едноставни или сложени. Еве неколку примери:
- H 2 O (вода);
- N2 (азот);
- О 3 (озон);
- CaO (калциум оксид);
- C 6 H 12 O 6 (гликоза).
Молекулите што се состојат од два или повеќе елементи се нарекуваат соединенија. Така, водата, калциум оксидот и гликозата се соединенија. Не сите соединенија се молекули, но сите молекули се соединенија. Колку големи можат да бидат? Која е големината на молекулата? Познат е фактот дека речиси сè околу нас се состои од атоми (освен светлина и звук). Нивната вкупна тежина ќе биде масата на молекулата.
Молекуларна маса
Кога зборуваме за големината на молекулите, повеќето научници тргнуваат од молекуларната тежина. Ова е вкупната тежина на сите атоми вклучени во него:
- Водата, составена од два атома на водород (со по една единица атомска маса) и еден атом на кислород (16 единици на атомска маса), има молекуларна тежина од 18 (поточно, 18,01528).
- Гликозата има молекуларна тежина од 180.
- ДНК, која е многу долга, може да има молекуларна тежина која е околу 1010 (приближна тежина на еден човечки хромозом).
Мерење во нанометри
Покрај масата, можеме да измериме и колку големи се молекулите во нанометри. Единица вода е широчина околу 0,27 Nm. ДНК достигнува дијаметар од 2 nm и може да се протега до неколку метри во должина. Тешко е да се замисли како таквите димензии можат да се вклопат во една ќелија. Односот помеѓу должината и дебелината на ДНК е неверојатен. Тоа е 1/100.000.000, што е како човечко влакно со должина на фудбалско игралиште.
Форми и големини
Која е големината на молекулите? Тие доаѓаат во различни форми и големини. Водата и јаглерод диоксидот се меѓу најмалите, протеините се меѓу најголемите. Молекулите се елементи составени од атоми кои се поврзани едни со други. Разбирањето на изгледот на молекулите традиционално е дел од хемијата. Покрај нивното неразбирливо чудно хемиско однесување, една од важните карактеристики на молекулите е нивната големина.
Каде може да биде особено корисно да се знае колку големи молекули се? Одговорот на ова и на многу други прашања помага во областа на нанотехнологијата, бидејќи концептот на нанороботи и паметни материјали нужно се занимава со ефектите на молекуларните големини и форми.
Која е големината на молекулите?
Во 5-то одделение, природната историја на оваа тема дава само општи информации дека сите молекули се состојат од атоми кои се во постојано случајно движење. Во средно училиште, веќе можете да видите структурни формули во учебниците по хемија кои наликуваат на вистинската форма на молекулите. Сепак, невозможно е да се измери нивната должина со помош на редовен линијар, а за да го направите ова, треба да знаете дека молекулите се тродимензионални објекти. Нивната слика на хартија е проекција на дводимензионална рамнина. Должината на молекулата се менува со врските помеѓу должините на нејзините агли. Постојат три главни:
- Аголот на тетраедарот е 109° кога сите врски на тој атом со сите други атоми се единечни (само една цртичка).
- Аголот на шестоаголникот е 120° кога еден атом има една двојна врска со друг атом.
- Аголот на линијата е 180° кога атомот има или две двојни врски или една тројна врска со друг атом.
Вистинските агли често се разликуваат од овие агли бидејќи мора да се земат предвид голем број различни ефекти, вклучувајќи ги и електростатските интеракции.
Како да се замисли големината на молекулите: примери
Која е големината на молекулите? Во 5 одделение, одговорите на ова прашање, како што веќе рековме, се општи. Учениците знаат дека големината на овие соединенија е многу мала. На пример, ако претворите молекула песок во едно зрно песок во цело зрно песок, тогаш под добиената маса можете да скриете куќа од пет ката. Која е големината на молекулите? Краткиот одговор, кој исто така е понаучен, е следен.
Молекуларната маса се изедначува со односот на масата на целата супстанција со бројот на молекулите во супстанцијата или односот на моларната маса со константата на Авогадро. Мерната единица е килограм. Во просек, молекуларната тежина е 10 -23 -10 -26 kg. Да ја земеме водата на пример. Неговата молекуларна тежина ќе биде 3 x 10 -26 kg.
Како молекуларната големина влијае на привлечните сили?
Одговорна за привлечноста помеѓу молекулите е електромагнетната сила, која се манифестира преку привлекување на спротивни полнежи и одбивање на слични полнежи. Електростатската сила што постои помеѓу спротивните полнежи доминира во интеракциите помеѓу атомите и меѓу молекулите. Гравитационата сила во овој случај е толку мала што може да се занемари.
Во овој случај, големината на молекулата влијае на силата на привлекување преку електронскиот облак од случајни нарушувања кои се јавуваат при распределбата на електроните на молекулата. Во случај на неполарни честички, кои покажуваат само слаби ван дер Валсови интеракции или сили на дисперзија, големината на молекулите има директен ефект врз големината на електронскиот облак што ја опкружува споменатата молекула. Колку е поголем, толку е поголемо наелектризираното поле што го опкружува.
Поголем електронски облак значи дека може да се појават повеќе електронски интеракции помеѓу соседните молекули. Како резултат на тоа, еден дел од молекулата развива привремено позитивно делумно полнење, додека другиот развива негативен парцијален полнеж. Кога тоа ќе се случи, молекулата може да го поларизира електронскиот облак на својот сосед. Привлечноста се јавува затоа што делумната позитивна страна на една молекула е привлечена од делумната негативна страна на друга.
Заклучок
Значи, колку се големи молекулите? Во природната историја, како што дознавме, може да се најде само фигуративна идеја за масата и големината на овие најмали честички. Но, знаеме дека постојат едноставни и сложени соединенија. И втората категорија вклучува таков концепт како макромолекула. Тоа е многу голема единица, како што е протеинот, која обично се создава со полимеризација на помали подединици (мономери). Тие обично се составени од илјадници атоми или повеќе.