قطر جزيء الماء بالملم. كفانت

>> الفيزياء: أسس النظرية الحركية الجزيئية. أحجام الجزيئات

الجزيئات صغيرة جدًا ، لكن لاحظ مدى سهولة تقدير حجمها وكتلتها. تكفي ملاحظة واحدة وحسابات بسيطة. صحيح ، ما زلنا بحاجة لمعرفة كيفية القيام بذلك.
تستند النظرية الحركية الجزيئية لتركيب المادة على ثلاث عبارات: المادة مكونة من جزيئات ؛ هذه الجسيمات تتحرك بشكل عشوائي. تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض. تم إثبات كل تأكيد بشكل صارم من خلال التجارب.
يتم تحديد خصائص وسلوك جميع الأجسام دون استثناء ، من الشركات العملاقة إلى النجوم ، من خلال حركة الجسيمات التي تتفاعل مع بعضها البعض: الجزيئات ، أو الذرات ، أو حتى التكوينات الأصغر - الجسيمات الأولية.
تقدير أحجام الجزيئات.للتأكد تمامًا من وجود الجزيئات ، من الضروري تحديد أحجامها.
أسهل طريقة للقيام بذلك هي ملاحظة انتشار قطرة من الزيت ، مثل زيت الزيتون ، على سطح الماء. لن يشغل الزيت السطح بالكامل أبدًا إذا كان الوعاء كبيرًا ( شكل 8.1). من المستحيل عمل قطيرة بحجم 1 مم 3 منتشرة بحيث تحتل مساحة أكبر من 0.6 م 2. يمكن الافتراض أنه عندما ينتشر الزيت فوق المنطقة القصوى ، فإنه يشكل طبقة بسمك جزيء واحد فقط - "طبقة أحادية الجزيء". من السهل تحديد سمك هذه الطبقة وبالتالي تقدير حجم جزيء زيت الزيتون.

مقدار الخامسطبقة الزيت تساوي ناتج مساحة سطحها سللسمك دطبقة ، أي V = SD. لذلك فإن حجم جزيء زيت الزيتون هو:

ليست هناك حاجة الآن إلى تعداد كل الطرق الممكنة لإثبات وجود الذرات والجزيئات. تتيح الأدوات الحديثة رؤية صور الذرات والجزيئات الفردية. يوضح الشكل 8.2 صورة مجهرية لسطح رقاقة السيليكون ، حيث تكون النتوءات عبارة عن ذرات سيليكون فردية. تم تعلم هذه الصور لأول مرة ليتم الحصول عليها في عام 1981 باستخدام مجاهر بصرية غير عادية ، ولكن باستخدام مجاهر نفقية معقدة.

الجزيئات ، بما في ذلك زيت الزيتون ، أكبر من الذرات. قطر أي ذرة يساوي تقريبًا 10 -8 سم وهذه الأبعاد صغيرة جدًا بحيث يصعب تخيلها. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام المقارنات.
هنا هو واحد. إذا كانت الأصابع مشدودة في قبضة وتم تكبيرها إلى حجم الكرة الأرضية ، فإن الذرة ، بنفس نسبة التكبير ، ستصبح بحجم قبضة اليد.
عدد الجزيئات.مع وجود أحجام صغيرة جدًا من الجزيئات ، فإن عددها في أي جسم عياني ضخم. دعونا نحسب العدد التقريبي للجزيئات في قطرة ماء بكتلة 1 جم ، وبالتالي حجم 1 سم 3.
يبلغ قطر جزيء الماء حوالي 3 10-8 سم. بافتراض أن كل جزيء ماء به عبوة كثيفة من الجزيئات يشغل حجمًا (3 10-8 سم) 3 ، يمكنك إيجاد عدد الجزيئات في القطرة بقسمة انخفاض الحجم (1 سم 3) بالحجم ، لكل جزيء:

مع كل استنشاق ، يمكنك التقاط الكثير من الجزيئات التي إذا تم توزيعها جميعًا بالتساوي في الغلاف الجوي للأرض بعد الزفير ، فسيحصل كل ساكن على الكوكب على جزيئين أو ثلاثة جزيئات كانت موجودة في رئتيك أثناء الاستنشاق.
أبعاد الذرة صغيرة:.
ستتم مناقشة البنود الرئيسية الثلاثة لنظرية الحركية الجزيئية بشكل متكرر.

???
1. ما هي القياسات التي يجب اتخاذها لتقدير حجم جزيء زيت الزيتون؟
2. إذا زادت الذرة إلى حجم بذرة الخشخاش (0.1 مم) ، فما هو حجم الجسم الذي ستصل إليه الحبوب بنفس التكبير؟
3. ضع قائمة بالأدلة على وجود جزيئات معروفة لديك ولم يرد ذكرها في النص.

جي يا مياكيشيف ، بي بي بوكوفتسيف ، إن إن سوتسكي ، الفيزياء للصف العاشر

محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية يمارس مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة ، واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة أسئلة بلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات لأوراق الغش الفضولي والكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةخطة التقويم للعام التوصيات المنهجية لبرنامج المناقشة دروس متكاملة

إذا كانت لديك تصحيحات أو اقتراحات لهذا الدرس ،

MKT سهل!

"لا يوجد شيء سوى الذرات والفضاء الفارغ ..." - ديموقريطس
"يمكن لأي شخص أن ينقسم إلى أجل غير مسمى" - أرسطو

الأحكام الرئيسية لنظرية الحركية الجزيئية (MKT)

الغرض من ICB- هذا شرح لبنية وخصائص الأجسام العيانية المختلفة والظواهر الحرارية التي تحدث فيها ، من خلال حركة وتفاعل الجسيمات التي تتكون منها الأجسام.
الهيئات العيانية- هذه أجسام كبيرة تتكون من عدد هائل من الجزيئات.
الظواهر الحرارية- الظواهر المرتبطة بأجسام التدفئة والتبريد.

البيانات الرئيسية للجنة القانون الدولي

1. تتكون المادة من جزيئات (جزيئات وذرات).
2. هناك فجوات بين الجسيمات.
3. الجسيمات تتحرك بشكل عشوائي ومستمر.
4. تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض (تجذب وتصد).

تأكيد MKT:

1. تجريبي
- التكسير الميكانيكي للمادة ؛ إذابة مادة في الماء ؛ ضغط وتوسيع الغازات ؛ تبخر؛ تشوه الجسم تعريف؛ تجربة بريجمان: يصب الزيت في وعاء ، يضغط المكبس على الزيت من أعلى ، عند ضغط 10000 ضغط جوي ، يبدأ الزيت بالتسرب عبر جدران وعاء فولاذي ؛

انتشار؛ الحركة البراونية للجسيمات في سائل تحت تأثير الجزيئات ؛

ضعف انضغاط الأجسام الصلبة والسائلة ؛ جهود كبيرة لكسر المواد الصلبة. اندماج القطرات السائلة.

2. على التوالي
- التصوير الفوتوغرافي ، تحديد حجم الجسيمات.

الحركة البراونية

الحركة البراونية هي الحركة الحرارية للجسيمات العالقة في سائل (أو غاز).

أصبحت الحركة البراونية دليلاً على الحركة المستمرة والفوضوية (الحرارية) لجزيئات المادة.
- اكتشفه عالم النبات الإنجليزي ر. براون عام 1827
- شرح آينشتاين تفسيرًا نظريًا يستند إلى MKT في عام 1905.
- أكده تجريبيا الفيزيائي الفرنسي جي بيرين.

كتلة وحجم الجزيئات

أحجام الجسيمات

قطر أي ذرة حوالي سم.

عدد الجزيئات في المادة

حيث V هو حجم المادة ، فو هو حجم جزيء واحد

كتلة جزيء واحد

حيث م هي كتلة المادة ،
N هو عدد الجزيئات في المادة

وحدة الكتلة في SI: [م] = 1 كجم

في الفيزياء الذرية ، تُقاس الكتلة عادةً بوحدات الكتلة الذرية (a.m.u).
من الناحية التقليدية ، تعتبر الساعة 1 صباحًا. :

الوزن الجزيئي النسبي للمادة

لتسهيل العمليات الحسابية ، يتم إدخال كمية - الوزن الجزيئي النسبي للمادة.
يمكن مقارنة كتلة جزيء أي مادة بـ 1/12 من كتلة جزيء الكربون.

حيث البسط هو كتلة الجزيء والمقام هو 1/12 من كتلة ذرة الكربون

هذه الكمية بلا أبعاد ، أي لا يوجد لديه وحدات

الكتلة الذرية النسبية لعنصر كيميائي

حيث البسط هو كتلة الذرة والمقام هو 1/12 من كتلة ذرة الكربون

الكمية بلا أبعاد ، أي لا يوجد لديه وحدات

الكتلة الذرية النسبية لكل عنصر كيميائي معطاة في الجدول الدوري.

طريقة أخرى لتحديد الوزن الجزيئي النسبي للمادة

الكتلة الجزيئية النسبية للمادة تساوي مجموع الكتل الذرية النسبية للعناصر الكيميائية التي تشكل جزيء المادة.
نأخذ الكتلة الذرية النسبية لأي عنصر كيميائي من الجدول الدوري!)

كمية الجوهر

تحدد كمية المادة (ν) العدد النسبي للجزيئات في الجسم.

حيث N هو عدد الجزيئات في الجسم و Na هو ثابت أفوجادرو

وحدة قياس كمية المادة في النظام الدولي للوحدات: [ν] = 1 مول

1 مول- هذه هي كمية المادة التي تحتوي على العديد من الجزيئات (أو الذرات) مثل عدد الذرات في الكربون بكتلة 0.012 كجم.

تذكر!
1 مول من أي مادة يحتوي على نفس العدد من الذرات أو الجزيئات!

ولكن!
نفس الكمية من مادة لمواد مختلفة لها كتلة مختلفة!

ثابت أفوجادرو

يسمى عدد الذرات في مول واحد من أي مادة عدد أفوجادرو أو ثابت أفوجادرو:

الكتلة المولية

الكتلة المولية (M) هي كتلة مادة مأخوذة في مول واحد ، أو غير ذلك ، إنها كتلة مول واحد من مادة.

كتلة الجزيء
- ثابت أفوجادرو

وحدة الكتلة المولية: [M] = 1 كجم / مول.

صيغ حل المشكلات

يتم الحصول على هذه الصيغ عن طريق استبدال الصيغ أعلاه.

كتلة أي كمية من المادة

تظهر العديد من التجارب ذلك حجم الجزيءصغير جدا. يمكن إيجاد الحجم الخطي لجزيء أو ذرة بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، بمساعدة المجهر الإلكتروني ، تم التقاط صور لبعض الجزيئات الكبيرة ، وبمساعدة جهاز عرض أيوني (مجهر أيوني) ، لا يمكن للمرء دراسة بنية البلورات فحسب ، بل أيضًا تحديد المسافة بين الذرات الفردية في جزيء.

باستخدام إنجازات التكنولوجيا التجريبية الحديثة ، كان من الممكن تحديد الأبعاد الخطية للذرات والجزيئات البسيطة ، والتي تبلغ حوالي 10-8 سم ، والأبعاد الخطية للذرات والجزيئات المعقدة أكبر بكثير. على سبيل المثال ، حجم جزيء البروتين 43 * 10 -8 سم.

لتوصيف الذرات ، يتم استخدام مفهوم نصف القطر الذري ، مما يجعل من الممكن تقدير المسافات بين الذرات تقريبًا في الجزيئات أو السوائل أو المواد الصلبة ، نظرًا لأن الذرات ليس لها حدود واضحة في الحجم. هذا هو نصف القطر الذري- هذه هي الكرة التي يكون فيها الجزء الرئيسي من كثافة الإلكترون للذرة مغلقًا (90 ... 95٪ على الأقل).

حجم الجزيء صغير جدًا بحيث لا يمكن تمثيله إلا من خلال المقارنات. على سبيل المثال ، جزيء الماء أصغر بعدة مرات من التفاحة الكبيرة ، كم مرة تكون التفاحة أصغر من الكرة الأرضية.

الخلد من الجوهر

إن كتل الجزيئات والذرات الفردية صغيرة جدًا ، لذا فمن الملائم استخدام قيم الكتلة النسبية بدلاً من قيم الكتلة المطلقة في العمليات الحسابية.

الوزن الجزيئي النسبي(أو الكتلة الذرية النسبية) المواد M r هي نسبة كتلة جزيء (أو ذرة) من مادة معينة إلى 1/12 من كتلة ذرة كربون.

م ص \ u003d (م 0): (م 0 ج / 12)

حيث m 0 كتلة جزيء (أو ذرة) من مادة معينة ، m 0C هي كتلة ذرة كربون.

تُظهر الكتلة الجزيئية (أو الذرية) النسبية لمادة ما عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء المادة أكبر من 1/12 من كتلة نظير الكربون C12. يتم التعبير عن الكتلة الجزيئية (الذرية) النسبية بوحدات الكتلة الذرية.

وحدة كتلة ذريةهي 1/12 من كتلة نظير الكربون C 12. أظهرت القياسات الدقيقة أن وحدة الكتلة الذرية هي 1.660 * 10 -27 كجم ، أي

1 amu = 1.660 * 10-27 كجم

يمكن حساب الكتلة الجزيئية النسبية للمادة عن طريق إضافة الكتل الذرية النسبية للعناصر التي تشكل جزيء المادة. يشار إلى الكتلة الذرية النسبية للعناصر الكيميائية في النظام الدوري للعناصر الكيميائية بواسطة D.I. مندليف.

في النظام الدوري D.I. يشار إلى مندليف لكل عنصر الكتلة الذرية، والتي تقاس بوحدات الكتلة الذرية (amu). على سبيل المثال ، الكتلة الذرية للمغنيسيوم هي 24.305 amu ، أي أن المغنيسيوم ثقيل مرتين مثل الكربون ، لأن الكتلة الذرية للكربون هي 12 amu. (هذا يأتي من حقيقة أن 1 amu = 1/12 من كتلة نظير الكربون الذي يشكل غالبية ذرة الكربون).

لماذا نقيس كتلة الجزيئات والذرات في amu ، إذا كان هناك جرامات وكيلوجرامات؟ بالطبع ، يمكنك استخدام هذه الوحدات ، ولكنها ستكون غير مريحة للغاية للكتابة (سيتعين استخدام عدد كبير جدًا من أجل تدوين الكتلة). لإيجاد كتلة عنصر بالكيلوجرام ، اضرب الكتلة الذرية للعنصر في 1 amu. تم العثور على الكتلة الذرية وفقًا للجدول الدوري (المكتوب على يمين التسمية الحرفية للعنصر). على سبيل المثال ، سيكون وزن ذرة المغنيسيوم بالكيلوجرام:

م 0 ملغ = 24.305 * 1 صباحًا. = 24.305 * 1.660 * 10-27 = 40.3463 * 10-27 كجم

يمكن حساب كتلة الجزيء عن طريق إضافة كتل العناصر المكونة للجزيء. على سبيل المثال ، كتلة جزيء الماء (H 2 O) ستكون مساوية لـ:

م 0H2O \ u003d 2 * م 0H + م 0O \ u003d 2 * 1.00794 + 15.9994 = 18.0153 صباحًا = 29.905 * 10-27 كجم

خلدتساوي كمية مادة النظام ، الذي يحتوي على العديد من الجزيئات مثل عدد الذرات الموجودة في 0.012 كجم من الكربون C 12. بمعنى ، إذا كان لدينا نظام يحتوي على بعض المواد ، وفي هذا النظام يوجد العديد من جزيئات هذه المادة مثل عدد الذرات في 0.012 كجم من الكربون ، فيمكننا القول إنه في هذا النظام لدينا 1 مول من الجوهر.

ثابت أفوجادرو

كمية الجوهرν تساوي نسبة عدد الجزيئات في جسم معين إلى عدد الذرات في 0.012 كجم من الكربون ، أي عدد الجزيئات في 1 مول من مادة ما.

ν = N / N أ

حيث N هو عدد الجزيئات في جسم معين ، N A هو عدد الجزيئات في 1 مول من المادة التي يتكون منها الجسم.

N A هو ثابت أفوجادرو. يتم قياس كمية المادة في الشامات.

ثابت أفوجادروهو عدد الجزيئات أو الذرات في 1 مول من مادة. حصل هذا الثابت على اسمه تكريما للكيميائي والفيزيائي الإيطالي أميديو أفوجادرو (1776 – 1856).

يحتوي 1 مول من أي مادة على نفس عدد الجسيمات.

N A \ u003d 6.02 * 10 23 مول -1

الكتلة الموليةهي كتلة مادة مأخوذة بكمية مول واحد:

μ = م 0 * N أ

حيث m 0 كتلة الجزيء.

يتم التعبير عن الكتلة المولية بالكيلوجرام لكل مول (كجم / مول = كجم * مول -1).

ترتبط الكتلة المولية بالكتلة الجزيئية النسبية بالعلاقة:

μ \ u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]

كتلة أي كمية من المادة m تساوي ناتج كتلة جزيء واحد م 0 بعدد الجزيئات:

م = م 0 N = م 0 N A ν = μν

كمية المادة تساوي نسبة كتلة المادة إلى كتلتها المولية:

ν = م / μ

يمكن العثور على كتلة جزيء واحد من مادة ما إذا كانت الكتلة المولية وثابت أفوجادرو معروفين:

م 0 = م / ن = م / νN A = μ / N أ

يتم تحقيق تحديد أكثر دقة لكتلة الذرات والجزيئات باستخدام مطياف الكتلة - وهو جهاز تنفصل فيه شعاع من الجسيمات المشحونة في الفضاء اعتمادًا على كتلة شحنتها باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

على سبيل المثال ، لنجد الكتلة المولية لذرة المغنيسيوم. كما وجدنا أعلاه ، كتلة ذرة المغنيسيوم m0Mg = 40.3463 * 10 -27 kg. ثم تكون الكتلة المولية:

μ \ u003d م 0Mg * N A \ u003d 40.3463 * 10 -27 * 6.02 * 10 23 \ u003d 2.4288 * 10-2 كجم / مول

وهذا يعني أن 2.4288 * 10-2 كجم من المغنيسيوم "يناسب" الخلد الواحد. حسنًا ، أو حوالي 24.28 جرامًا.

كما ترى ، فإن الكتلة المولية (بالجرام) تكاد تكون مساوية للكتلة الذرية المحددة للعنصر في الجدول الدوري. لذلك ، عندما يشيرون إلى الكتلة الذرية ، فإنهم يفعلون هذا عادة:

الكتلة الذرية للمغنيسيوم هي 24.305 amu. (جم / مول).

مؤسسة تعليمية بلدية

"المدرسة الثانوية الأساسية رقم 10"

تحديد قطر الجزيئات

العمل المخبري

الفنان: Masaev Evgeniy

الصف السابع "أ"

رئيس: Reznik A.V.

منطقة جوريفسكي

مقدمة

في هذا العام الدراسي بدأت دراسة الفيزياء. تعلمت أن الأجسام التي تحيط بنا مكونة من جزيئات دقيقة - جزيئات. كنت أتساءل ما هو حجم الجزيئات. نظرًا لصغر حجم الجزيئات ، لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة أو بالمجهر العادي. قرأت أن الجزيئات لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر الإلكتروني. لقد أثبت العلماء أن جزيئات المواد المختلفة تختلف عن بعضها البعض ، وأن جزيئات نفس المادة متشابهة. أردت قياس قطر الجزيء عمليًا. لكن لسوء الحظ ، لا ينص المنهج المدرسي على دراسة مشاكل من هذا النوع ، واتضح أنه من الصعب النظر في الأمر بمفرده وكان علي دراسة الأدبيات حول طرق تحديد قطر الجزيئات.

الفصلأنا. الجزيئات

1.1 من نظرية السؤال

الجزيء بالمعنى الحديث هو أصغر جسيم في مادة له كل خصائصه الكيميائية. الجزيء قادر على الوجود المستقل. يمكن أن تتكون من ذرات متطابقة ، على سبيل المثال ، الأكسجين O 2 ، والأوزون O 3 ، والنيتروجين N 2 ، والفوسفور P 4 ، والكبريت S 6 ، وما إلى ذلك ، ومن ذرات مختلفة: وهذا يشمل جزيئات جميع المواد المعقدة. أبسط الجزيئات تتكون من ذرة واحدة: هذه هي جزيئات الغازات الخاملة - الهيليوم ، النيون ، الأرجون ، الكريبتون ، الزينون ، الرادون. في ما يسمى بالمركبات الجزيئية الكبيرة والبوليمرات ، يمكن أن يتكون كل جزيء من مئات الآلاف من الذرات.

تم تقديم الدليل التجريبي لوجود الجزيئات لأول مرة بشكل مقنع من قبل الفيزيائي الفرنسي جي بيرين في عام 1906 عند دراسة الحركة البراونية. كما أوضح بيرين ، هو نتيجة للحركة الحرارية للجزيئات - ولا شيء غير ذلك.

يمكن أيضًا وصف جوهر الجزيء من وجهة نظر أخرى: الجزيء هو نظام مستقر يتكون من نوى ذرية (متطابقة أو مختلفة) والإلكترونات المحيطة ، ويتم تحديد الخصائص الكيميائية للجزيء بواسطة إلكترونات الغلاف الخارجي في الذرات. يتم دمج الذرات في جزيئات في معظم الحالات بواسطة روابط كيميائية. عادة ، يتم إنشاء مثل هذه الرابطة بواسطة زوج واحد أو اثنين أو ثلاثة أزواج من الإلكترونات تتقاسمها ذرتان.

ترتبط الذرات في الجزيئات ببعضها البعض في تسلسل معين وتوزع في الفضاء بطريقة معينة. الروابط بين الذرات لها قوى مختلفة. يتم تقديرها بمقدار الطاقة التي يجب إنفاقها لكسر الروابط بين الذرية.

تتميز الجزيئات بحجم وشكل معين. لقد تم تحديد أن 1 سم 3 من أي غاز في الظروف العادية تحتوي على حوالي 2.7 × 10 19 جزيء بطرق مختلفة.

لفهم حجم هذا العدد ، يمكننا أن نتخيل أن الجزيء هو "لبنة". ثم إذا أخذنا عددًا من الطوب يساوي عدد الجزيئات في 1 سم 3 من الغاز في ظل الظروف العادية ، ووضعنا سطح الكرة الأرضية بإحكام معهم ، فسنغطي السطح بطبقة ارتفاعها 120 مترًا ، والتي أعلى بأربع مرات تقريبًا من ارتفاع مبنى مكون من 10 طوابق. يشير عدد كبير من الجزيئات لكل وحدة حجم إلى حجم صغير جدًا للجزيئات نفسها. على سبيل المثال ، كتلة جزيء الماء م = 29.9 × 10 -27 كجم. وفقًا لذلك ، يكون حجم الجزيئات صغيرًا أيضًا. يعتبر قطر الجزيء هو الحد الأدنى للمسافة التي تسمح بها قوى التنافر للاقتراب من بعضها البعض. ومع ذلك ، فإن مفهوم حجم الجزيء مشروط ، لأنه على المسافات الجزيئية ، لا تكون أفكار الفيزياء الكلاسيكية مبررة دائمًا. يبلغ متوسط ​​حجم الجزيئات حوالي 10-10 م.

يمكن للجزيء كنظام يتألف من إلكترونات ونواة متفاعلة أن يكون في حالات مختلفة وينتقل من حالة إلى أخرى قسرًا (تحت تأثير التأثيرات الخارجية) أو تلقائيًا. بالنسبة لجميع الجزيئات من هذا النوع ، هناك مجموعة معينة من الحالات مميزة ، والتي يمكن أن تعمل على تحديد الجزيئات. كتكوين مستقل ، يمتلك الجزيء مجموعة معينة من الخصائص الفيزيائية في كل حالة ، يتم الحفاظ على هذه الخصائص بدرجة أو بأخرى أثناء الانتقال من الجزيئات إلى مادة تتكون منها وتحديد خصائص هذه المادة. أثناء التحولات الكيميائية ، تتبادل جزيئات مادة واحدة الذرات مع جزيئات مادة أخرى ، وتتحلل إلى جزيئات تحتوي على عدد أقل من الذرات ، وتدخل أيضًا في تفاعلات كيميائية من أنواع أخرى. لذلك ، تدرس الكيمياء المواد وتحولاتها في اتصال وثيق مع بنية وحالة الجزيئات.

يُطلق على الجزيء عادةً اسم الجسيم المحايد كهربائيًا. في الواقع ، تتعايش الأيونات الموجبة دائمًا مع الأيونات السالبة.

وفقًا لعدد النوى الذرية المتضمنة في الجزيء ، يتم تمييز الجزيئات ثنائية الذرة وثلاثية الذرات وما إلى ذلك. إذا تجاوز عدد الذرات في الجزيء المئات والآلاف ، فإن الجزيء يسمى جزيء ضخم. يعتبر مجموع كتل جميع الذرات التي يتكون منها الجزيء بمثابة الوزن الجزيئي. وفقًا للوزن الجزيئي ، يتم تقسيم جميع المواد بشروط إلى وزن جزيئي منخفض وعالي.

1.2 طرق قياس قطر الجزيئات

في الفيزياء الجزيئية ، "الفاعلون" الرئيسيون هم الجزيئات ، الجسيمات الصغيرة التي لا يمكن تصورها والتي تشكل جميع المواد في العالم. من الواضح أنه من أجل دراسة العديد من الظواهر ، من المهم معرفة ما هي الجزيئات. على وجه الخصوص ، ما هي أحجامها.

عند الحديث عن الجزيئات ، يُنظر إليها عادةً على أنها كرات صغيرة ومرنة وصلبة. لذلك ، فإن معرفة حجم الجزيئات يعني معرفة نصف قطرها.

على الرغم من صغر الأحجام الجزيئية ، تمكن الفيزيائيون من تطوير طرق عديدة لتحديدها. يتحدث فيزياء 7 عن اثنين منهم. يستغل المرء خاصية بعض السوائل (قليلة جدًا) لتنتشر على شكل غشاء بسماكة جزيء واحد. في حالة أخرى ، يتم تحديد حجم الجسيمات باستخدام جهاز معقد - جهاز عرض أيوني.

يتم دراسة بنية الجزيئات بطرق تجريبية مختلفة. يوفر حيود الإلكترون وانحراف النيوترونات والتحليل الهيكلي للأشعة السينية معلومات مباشرة حول بنية الجزيئات. حيود الإلكترون ، وهو أسلوب يبحث في تشتت الإلكترونات بواسطة حزمة من الجزيئات في الطور الغازي ، يجعل من الممكن حساب معلمات التكوين الهندسي للجزيئات المعزولة والبسيطة نسبيًا. يقتصر حيود النيوترون والتحليل الإنشائي للأشعة السينية على تحليل بنية الجزيئات أو الأجزاء الفردية المرتبة في المرحلة المكثفة. تتيح دراسات الأشعة السينية ، بالإضافة إلى المعلومات المشار إليها ، الحصول على بيانات كمية عن التوزيع المكاني لكثافة الإلكترون في الجزيئات.

تعتمد الطرق الطيفية على فردية أطياف المركبات الكيميائية ، والتي ترجع إلى مجموعة الحالات المميزة لكل جزيء ومستويات الطاقة المقابلة. هذه الأساليب تجعل من الممكن إجراء التحليل الطيفي النوعي والكمي للمواد.

يتيح الامتصاص أو أطياف الانبعاث في منطقة الموجات الصغرية من الطيف إمكانية دراسة التحولات بين حالات الدوران ، وتحديد لحظات القصور الذاتي للجزيئات ، وعلى أساسها ، أطوال الروابط وزوايا الرابطة والمعلمات الهندسية الأخرى للجزيئات. التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، كقاعدة عامة ، يحقق في التحولات بين حالات الدوران الاهتزازي ويستخدم على نطاق واسع لأغراض التحليل الطيفي ، نظرًا لأن العديد من الترددات الاهتزازية لشظايا هيكلية معينة من الجزيئات مميزة ولا تتغير إلا قليلاً عند الانتقال من جزيء إلى آخر. في الوقت نفسه ، يتيح التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء أيضًا الحكم على التكوين الهندسي للتوازن. ترتبط أطياف الجزيئات في نطاقات التردد البصري والأشعة فوق البنفسجية بشكل أساسي بالتحولات بين الحالات الإلكترونية. كانت نتيجة بحثهم بيانات عن ميزات الأسطح المحتملة لحالات مختلفة وقيم الثوابت الجزيئية التي تحدد هذه الأسطح المحتملة ، بالإضافة إلى أعمار الجزيئات في الحالات المثارة واحتمالات الانتقال من حالة إلى أخرى .

فيما يتعلق بتفاصيل التركيب الإلكتروني للجزيئات ، فإن أطياف الإلكترونات الخاصة بالصور والأشعة السينية ، بالإضافة إلى أطياف أوجيه ، توفر معلومات فريدة ، مما يجعل من الممكن تقدير نوع تناظر المدارات الجزيئية وخصائص توزيع كثافة الإلكترون . لقد فتح التحليل الطيفي بالليزر (في نطاقات تردد مختلفة) ، والذي يتميز بانتقائية عالية بشكل استثنائي للإثارة ، إمكانيات واسعة لدراسة الحالات الفردية للجزيئات. يتيح التحليل الطيفي بالليزر النبضي تحليل بنية الجزيئات قصيرة العمر وتحويلها إلى مجال كهرومغناطيسي.

يتم توفير مجموعة متنوعة من المعلومات حول بنية وخصائص الجزيئات من خلال دراسة سلوكها في المجالات الكهربائية والمغناطيسية الخارجية.

ومع ذلك ، هناك طريقة بسيطة للغاية ، وإن لم تكن الأكثر دقة ، لحساب نصف قطر الجزيئات (أو الذرات). وهي تستند إلى حقيقة أن جزيئات المادة ، عندما تكون في حالة صلبة أو سائلة ، يمكن اعتبارها متجاورة بإحكام مع بعضها البعض. في هذه الحالة ، لتقدير تقريبي ، يمكننا أن نفترض أن الحجم الخامسبعض الكتلة مالمادة هي ببساطة مساوية لمجموع أحجام الجزيئات الموجودة فيها. ثم نحصل على حجم جزيء واحد بقسمة الحجم الخامسلكل عدد من الجزيئات ن.

عدد الجزيئات في كتلة الجسم مكما هو معروف

، أين م- الكتلة المولية للمادة ن A هو رقم Avogadro. ومن هنا الحجم الخامسيتم تحديد 0 من جزيء واحد من المساواة.

يتضمن هذا التعبير نسبة حجم المادة إلى كتلتها. العلاقة المعاكسة

الجزيئات لها أحجام وأشكال مختلفة. من أجل الوضوح ، سوف نصور جزيءًا على شكل كرة ، متخيلًا أنه مغطى بسطح كروي ، يوجد بداخله أغلفة إلكترونية لذراته (الشكل 4 ، أ). وفقًا للمفاهيم الحديثة ، ليس للجزيئات قطر محدد هندسيًا. لذلك ، تم الاتفاق على أخذ المسافة بين مركزي جزيئين (الشكل 4 ب) كقطر d للجزيء ، بحيث تكون قوى التجاذب بينهما متوازنة بقوى التنافر.

من مسار الكيمياء "من المعروف أن جزيء الكيلوغرام (الكيلومول) من أي مادة ، بغض النظر عن حالة تجمعه ، يحتوي على نفس عدد الجزيئات ، يسمى رقم أفوجادرو ، وهو N A \ u003d 6.02 * 10 26 جزيء.

لنقم الآن بتقدير قطر الجزيء ، على سبيل المثال الماء. للقيام بذلك ، نقسم حجم الكيلومول من الماء على رقم أفوجادرو. الكيلومول من الماء له كتلة 18 كجمعلى افتراض أن جزيئات الماء تقع بالقرب من بعضها البعض وكثافتها 1000 كجم / م 3 ،يمكننا القول بأنه 1 كموليحتل الماء حجمًا V \ u003d 0.018 م 3. الحجم لكل جزيء من الماء

بأخذ الجزيء على شكل كرة وباستخدام صيغة حجم الكرة ، نحسب القطر التقريبي ، وإلا فإن الحجم الخطي لجزيء الماء:

قطر جزيء النحاس 2.25 * 10-10 م.أقطار جزيئات الغاز لها نفس الترتيب. على سبيل المثال ، قطر جزيء الهيدروجين 2.47 * 10-10 م ،ثاني أكسيد الكربون - 3.32 * 10-10 م.إذن للجزيء قطر بالترتيب 10-10 م.في الطول 1 سميمكن تحديد موقع 100 مليون جزيء في مكان قريب.

دعونا نقدر كتلة الجزيء ، على سبيل المثال السكر (C 12 H 22 O 11). للقيام بذلك ، تحتاج إلى كتلة من الكيلومولات من السكر (μ = 342.31 كجم / كمول)مقسومًا على عدد Avogadro ، أي بعدد الجزيئات في