Đường kính của một phân tử nước tính bằng mm. Kvant

>>Vật lý: Nguyên tắc cơ bản của thuyết động học phân tử. kích thước phân tử

Các phân tử rất nhỏ, nhưng hãy xem việc ước tính kích thước và khối lượng của chúng dễ dàng như thế nào. Một quan sát và một vài tính toán đơn giản là đủ. Đúng, chúng ta vẫn cần tìm ra cách để làm điều này.
Thuyết động học phân tử về cấu trúc của vật chất dựa trên ba phát biểu: vật chất được tạo thành từ các hạt; những hạt này di chuyển ngẫu nhiên; các hạt tương tác với nhau. Mỗi khẳng định đều được chứng minh chặt chẽ bằng thực nghiệm.
Các tính chất và hành vi của tất cả các vật thể, không có ngoại lệ, từ ớt đến các ngôi sao, được xác định bởi sự chuyển động của các hạt tương tác với nhau: phân tử, nguyên tử hoặc thậm chí là các cấu tạo nhỏ hơn - các hạt cơ bản.
Ước tính kích thước của các phân tử.Để hoàn toàn chắc chắn về sự tồn tại của các phân tử, cần phải xác định kích thước của chúng.
Cách dễ nhất để làm điều này là quan sát sự lan rộng của một giọt dầu, chẳng hạn như dầu ô liu, trên mặt nước. Dầu sẽ không bao giờ chiếm toàn bộ bề mặt nếu tàu lớn ( hình.8.1). Không thể làm cho một giọt có kích thước 1 mm 3 lan ra sao cho nó chiếm một diện tích bề mặt hơn 0,6 m 2 . Có thể giả định rằng khi dầu trải rộng trên diện tích tối đa, nó sẽ tạo thành một lớp có độ dày chỉ bằng một phân tử - “lớp đơn phân tử”. Thật dễ dàng để xác định độ dày của lớp này và do đó ước tính kích thước của phân tử dầu ô liu.

Âm lượng V lớp dầu bằng tích diện tích bề mặt của nó S cho độ dày đ lớp, tức là V=Sd. Do đó, kích thước của một phân tử dầu ô liu là:

Bây giờ không cần phải liệt kê tất cả các cách có thể chứng minh sự tồn tại của nguyên tử và phân tử. Các thiết bị hiện đại cho phép nhìn thấy hình ảnh của các nguyên tử và phân tử riêng lẻ. Hình 8.2 cho thấy một bức ảnh vi mô về bề mặt của một tấm wafer silicon, trong đó các vết lồi là các nguyên tử silicon riêng lẻ. Những hình ảnh như vậy lần đầu tiên được biết là thu được vào năm 1981 bằng kính hiển vi không phải quang học thông thường mà là kính hiển vi đường hầm phức tạp.

Các phân tử, kể cả dầu ô liu, lớn hơn các nguyên tử. Đường kính của bất kỳ nguyên tử nào cũng xấp xỉ bằng 10 -8 cm, những kích thước này nhỏ đến mức khó hình dung ra chúng. Trong những trường hợp như vậy, so sánh được sử dụng.
Đây là một trong số chúng. Nếu các ngón tay nắm lại thành nắm tay và phóng to bằng kích thước của quả địa cầu, thì nguyên tử, ở cùng độ phóng đại, sẽ có kích thước bằng nắm tay.
Số phân tử. Với kích thước rất nhỏ của các phân tử, số lượng của chúng trong bất kỳ vật thể vĩ mô nào là rất lớn. Chúng ta hãy tính gần đúng số phân tử trong một giọt nước có khối lượng 1 g và do đó có thể tích 1 cm 3 .
Đường kính của phân tử nước xấp xỉ 3 10 -8 cm. Giả sử rằng mỗi phân tử nước với mật độ dày đặc các phân tử chiếm một thể tích (3 10 -8 cm) 3, bạn có thể tìm số lượng phân tử trong một giọt bằng cách chia thể tích giọt (1 cm 3) bằng thể tích, mỗi phân tử:

Với mỗi lần hít vào, bạn thu được nhiều phân tử đến mức nếu tất cả chúng được phân bổ đều trong bầu khí quyển của Trái đất sau khi thở ra, thì mọi cư dân trên hành tinh sẽ nhận được hai hoặc ba phân tử đã có trong phổi của bạn khi hít vào.
Kích thước của nguyên tử là nhỏ: .
Ba quy định chính của lý thuyết động học phân tử sẽ được thảo luận nhiều lần.

???
1. Những phép đo nào nên được thực hiện để ước tính kích thước của một phân tử dầu ô liu?
2. Nếu một nguyên tử tăng đến kích thước bằng hạt anh túc (0,1 mm), thì hạt sẽ đạt kích thước bằng bao nhiêu ở cùng độ phóng đại?
3. Liệt kê các bằng chứng về sự tồn tại của các phân tử mà bạn biết nhưng không được đề cập trong văn bản.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Vật lý lớp 10

nội dung bài học Tom tăt bai học khung hỗ trợ trình bày bài học phương pháp tăng tốc công nghệ tương tác Thực tiễn nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ câu hỏi thảo luận bài tập về nhà câu hỏi tu từ của sinh viên minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện Hình ảnh, hình ảnh đồ họa, bảng, kế hoạch hài hước, giai thoại, truyện cười, chuyện ngụ ngôn truyện tranh, câu nói, câu đố ô chữ, báo giá tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết chip dành cho tờ cheat tò mò sách giáo khoa thuật ngữ cơ bản và bổ sung thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcchữa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa các yếu tố đổi mới trong bài học thay thế kiến ​​thức cũ bằng kiến ​​thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch cho năm đề xuất phương pháp luận của chương trình thảo luận bài học tích hợp

Nếu bạn có chỉnh sửa hoặc góp ý cho bài học này,

MKT thật dễ dàng!

"Không có gì tồn tại ngoài các nguyên tử và không gian trống rỗng..." - Democritus
"Bất kỳ cơ thể nào cũng có thể phân chia vô thời hạn" - Aristotle

Các quy định chính của thuyết động học phân tử (MKT)

Mục đích của ICB- đây là lời giải thích về cấu trúc và tính chất của các vật thể vĩ mô khác nhau và các hiện tượng nhiệt xảy ra trong chúng, do sự chuyển động và tương tác của các hạt tạo nên vật thể.
vật thể vĩ mô- Đây là những cơ thể lớn, bao gồm một số lượng lớn các phân tử.
hiện tượng nhiệt- hiện tượng liên quan đến sự nóng lên và làm mát cơ thể.

Các tuyên bố chính của ILC

1. Một chất bao gồm các hạt (phân tử và nguyên tử).
2. Có những khoảng trống giữa các hạt.
3. Các hạt chuyển động ngẫu nhiên và liên tục.
4. Các hạt tương tác với nhau (hút và đẩy).

MKT xác nhận:

1. thử nghiệm
- nghiền cơ học của chất; hòa tan một chất trong nước; nén và giãn nở khí; bay hơi; biến dạng cơ thể; khuếch tán; Thí nghiệm của Brigman: người ta đổ dầu vào bình, pít-tông ép dầu từ trên xuống, ở áp suất 10.000 atm, dầu bắt đầu thấm qua thành bình thép;

Khuếch tán; Chuyển động Brown của các hạt trong chất lỏng dưới tác dụng của các phân tử;

khả năng nén kém của chất rắn và chất lỏng; những nỗ lực đáng kể để phá vỡ chất rắn; sự kết tụ của các giọt chất lỏng;

2. thẳng
- chụp ảnh, xác định kích thước hạt.

chuyển động Brown

Chuyển động Brown là chuyển động nhiệt của các hạt lơ lửng trong chất lỏng (hoặc khí).

Chuyển động Brown đã trở thành bằng chứng về chuyển động (nhiệt) liên tục và hỗn loạn của các phân tử vật chất.
- được phát hiện bởi nhà thực vật học người Anh R. Brown vào năm 1827
- Một lời giải thích lý thuyết dựa trên MKT đã được A. Einstein đưa ra vào năm 1905.
- được xác nhận bằng thực nghiệm bởi nhà vật lý người Pháp J. Perrin.

Khối lượng và kích thước của phân tử

kích thước hạt

Đường kính của bất kỳ nguyên tử là khoảng cm.

Số phân tử trong một chất

trong đó V là thể tích của chất, Vo là thể tích của một phân tử

Khối lượng của một phân tử

trong đó m là khối lượng của chất,
N là số phân tử trong chất

Đơn vị khối lượng trong SI: [m]= 1 kg

Trong vật lý nguyên tử, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (a.m.u.).
Thông thường, nó được coi là 1 giờ sáng. :

Trọng lượng phân tử tương đối của một chất

Để thuận tiện cho việc tính toán, một đại lượng được giới thiệu - trọng lượng phân tử tương đối của chất.
Khối lượng của một phân tử của bất kỳ chất nào có thể được so sánh với 1/12 khối lượng của một phân tử carbon.

trong đó tử số là khối lượng của phân tử và mẫu số là 1/12 khối lượng của nguyên tử carbon

Đại lượng này là không thứ nguyên, tức là không có đơn vị

Khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố hóa học

trong đó tử số là khối lượng của nguyên tử và mẫu số là 1/12 khối lượng của nguyên tử carbon

Số lượng là không thứ nguyên, tức là không có đơn vị

Khối lượng nguyên tử tương đối của mỗi nguyên tố hóa học được đưa ra trong bảng tuần hoàn.

Một cách khác để xác định trọng lượng phân tử tương đối của một chất

Khối lượng phân tử tương đối của một chất bằng tổng khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố hóa học tạo nên phân tử của chất đó.
Chúng tôi lấy khối lượng nguyên tử tương đối của bất kỳ nguyên tố hóa học nào từ bảng tuần hoàn!)

Lượng chất

Lượng chất (ν) xác định số lượng tương đối của các phân tử trong cơ thể.

trong đó N là số lượng phân tử trong cơ thể và Na là hằng số Avogadro

Đơn vị đo lượng của một chất trong hệ SI: [ν] = 1 mol

1 mol- đây là lượng của một chất chứa nhiều phân tử (hoặc nguyên tử) bằng số nguyên tử trong cacbon có khối lượng 0,012 kg.

Nhớ lại!
1 mol của bất kỳ chất nào chứa cùng một số nguyên tử hoặc phân tử!

Nhưng mà!
Cùng một lượng chất cho các chất khác nhau có khối lượng khác nhau!

hằng số avogadro

Số lượng nguyên tử trong 1 mol của bất kỳ chất nào được gọi là số Avogadro hay hằng số Avogadro:

Khối lượng phân tử

Khối lượng mol (M) là khối lượng của một chất lấy trong một mol, hay nói cách khác, nó là khối lượng của một mol chất đó.

khối lượng phân tử
- Hằng số Avôgađrô

Đơn vị khối lượng mol: [M]=1 kg/mol.

Công thức để giải quyết vấn đề

Các công thức này thu được bằng cách thay thế các công thức trên.

Khối lượng của bất kỳ lượng vật chất nào

Nhiều thí nghiệm cho thấy kích thước phân tử rất nhỏ. Kích thước tuyến tính của một phân tử hoặc nguyên tử có thể được tìm thấy theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, với sự trợ giúp của kính hiển vi điện tử, người ta đã chụp ảnh một số phân tử lớn và với sự trợ giúp của máy chiếu ion (kính hiển vi ion), người ta không chỉ có thể nghiên cứu cấu trúc của các tinh thể mà còn xác định được khoảng cách giữa các nguyên tử riêng lẻ trong một phân tử.

Sử dụng những thành tựu của công nghệ thí nghiệm hiện đại, người ta có thể xác định kích thước tuyến tính của các nguyên tử và phân tử đơn giản, khoảng 10-8 cm, kích thước tuyến tính của các nguyên tử và phân tử phức tạp lớn hơn nhiều. Ví dụ, kích thước của một phân tử protein là 43*10 -8 cm.

Để mô tả các nguyên tử, khái niệm bán kính nguyên tử được sử dụng, giúp ước tính gần đúng khoảng cách giữa các nguyên tử trong phân tử, chất lỏng hoặc chất rắn, vì các nguyên tử không có ranh giới rõ ràng về kích thước. Đó là bán kính nguyên tử- đây là một quả cầu trong đó phần chính của mật độ electron của nguyên tử được bao bọc (ít nhất là 90 ... 95%).

Kích thước của một phân tử nhỏ đến mức nó chỉ có thể được biểu diễn bằng phép so sánh. Ví dụ, một phân tử nước nhỏ hơn một quả táo lớn bao nhiêu lần, một quả táo nhỏ hơn quả địa cầu bao nhiêu lần.

mol chất

Khối lượng của các phân tử và nguyên tử riêng lẻ là rất nhỏ, vì vậy sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng các giá trị khối lượng tương đối thay vì tuyệt đối trong tính toán.

Trọng lượng phân tử tương đối(hoặc khối lượng nguyên tử tương đối) các chất M r là tỉ lệ giữa khối lượng của phân tử (hoặc nguyên tử) của một chất đã cho với 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon.

M r \u003d (m 0): (m 0C / 12)

trong đó m 0 là khối lượng của phân tử (hoặc nguyên tử) của một chất đã cho, m 0C là khối lượng của nguyên tử cacbon.

Khối lượng phân tử (hay nguyên tử) tương đối của một chất cho biết khối lượng của phân tử chất đó lớn hơn 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon C 12 bao nhiêu lần. Khối lượng phân tử (nguyên tử) tương đối được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử.

Đơn vị khối lượng nguyên tử bằng 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon C 12. Các phép đo chính xác cho thấy đơn vị khối lượng nguyên tử là 1,660 * 10 -27 kg, nghĩa là

1 am = 1.660 * 10 -27kg

Khối lượng phân tử tương đối của một chất có thể được tính bằng cách cộng khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố tạo nên phân tử của chất đó. Khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố hóa học được chỉ ra trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D.I. Mendeleev.

Trong hệ thống tuần hoàn D.I. Mendeleev cho mỗi yếu tố được chỉ định khối lượng nguyên tử, được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu). Ví dụ, khối lượng nguyên tử của magie là 24,305 amu, nghĩa là magie nặng gấp đôi carbon, vì khối lượng nguyên tử của carbon là 12 amu. (điều này xuất phát từ thực tế là 1 amu = 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon tạo nên phần lớn nguyên tử cacbon).

Tại sao đo khối lượng của các phân tử và nguyên tử trong amu, nếu có gam và kilôgam? Tất nhiên, bạn có thể sử dụng các đơn vị này, nhưng sẽ rất bất tiện khi viết (sẽ phải dùng quá nhiều số để ghi khối lượng). Để tìm khối lượng của một nguyên tố tính bằng kilogam, hãy nhân khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó với 1 amu. Khối lượng nguyên tử được tìm thấy theo bảng tuần hoàn (được viết ở bên phải ký hiệu chữ cái của nguyên tố). Ví dụ, trọng lượng của một nguyên tử magie tính bằng kilogam sẽ là:

m 0Mg = 24,305 * 1 sáng = 24,305 * 1,660 * 10 -27 = 40,3463 * 10 -27 kg

Khối lượng của một phân tử có thể được tính bằng cách cộng khối lượng của các nguyên tố tạo nên phân tử. Ví dụ, khối lượng của một phân tử nước (H 2 O) sẽ bằng:

m 0H2O \u003d 2 * m 0H + m 0O \u003d 2 * 1,00794 + 15,9994 \u003d 18,0153 a.e.m. = 29,905 * 10 -27kg

nốt ruồi bằng lượng chất của hệ chứa bao nhiêu phân tử bằng số nguyên tử có trong 0,012 kg cacbon C 12. Nghĩa là, nếu chúng ta có một hệ thống với một số chất và trong hệ thống này có số phân tử của chất này bằng số nguyên tử trong 0,012 kg carbon, thì chúng ta có thể nói rằng trong hệ thống này chúng ta có 1 mol chất.

hằng số avogadro

Lượng chấtν bằng tỷ lệ số lượng phân tử trong một vật thể nhất định với số lượng nguyên tử trong 0,012 kg carbon, nghĩa là số lượng phân tử trong 1 mol chất.

ν = N / N A

trong đó N là số phân tử trong một vật thể đã cho, N A là số phân tử trong 1 mol chất tạo nên vật thể đó.

N A là hằng số Avogadro. Lượng chất được đo bằng mol.

hằng số avogadro là số phân tử hay nguyên tử trong 1 mol chất. Hằng số này được đặt tên để vinh danh nhà hóa học và vật lý người Ý Amedeo Avogadro (1776 – 1856).

1 mol chất nào cũng chứa số phân tử như nhau.

N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1

Khối lượng phân tử là khối lượng của một chất được lấy theo lượng một mol:

μ = m 0 * N A

trong đó m 0 là khối lượng của phân tử.

Khối lượng mol được biểu thị bằng kilôgam trên mol (kg/mol = kg*mol -1).

Khối lượng mol liên quan đến khối lượng phân tử tương đối theo mối quan hệ:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]

Khối lượng của bất kỳ lượng chất m nào bằng tích khối lượng của một phân tử m 0 với số lượng phân tử:

m = m 0 N = m 0 N A ν = μν

Khối lượng của một chất bằng tỉ số giữa khối lượng của chất đó với khối lượng mol của nó:

ν = m / μ

Khối lượng của một phân tử của một chất có thể được tìm thấy nếu biết khối lượng mol và hằng số Avogadro:

m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Việc xác định chính xác hơn khối lượng của các nguyên tử và phân tử đạt được bằng cách sử dụng máy quang phổ khối - một thiết bị trong đó một chùm hạt tích điện phân tách trong không gian tùy thuộc vào khối lượng điện tích của chúng bằng cách sử dụng điện trường và từ trường.

Ví dụ, hãy tìm khối lượng mol của nguyên tử magiê. Như chúng ta đã tìm hiểu ở trên, khối lượng của nguyên tử magie là m0Mg = 40,3463 * 10 -27 kg. Khi đó khối lượng mol sẽ là:

μ \u003d m 0Mg * N A \u003d 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 \u003d 2,4288 * 10 -2 kg / mol

Tức là 2,4288 * 10 -2 kg magiê “vừa vặn” trong một nốt ruồi. Vâng, hoặc khoảng 24,28 gram.

Như bạn có thể thấy, khối lượng mol (tính bằng gam) gần như bằng khối lượng nguyên tử được chỉ định cho nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Do đó, khi họ chỉ ra khối lượng nguyên tử, họ thường làm như sau:

Khối lượng nguyên tử của magiê là 24,305 amu. (g/mol).

Cơ sở giáo dục thành phố

"Trường THCS cơ bản số 10"

Xác định đường kính của các phân tử

công việc trong phòng thí nghiệm

Ca sĩ: Masaev Evgeniy

lớp 7 "A"

Trưởng nhóm: Reznik A.V.

quận Guryevsky

Giới thiệu

Năm học này tôi bắt đầu học vật lý. Tôi biết được rằng các cơ thể bao quanh chúng ta được tạo thành từ các hạt nhỏ - phân tử. Tôi đã tự hỏi kích thước của các phân tử là bao nhiêu. Do kích thước rất nhỏ của chúng, các phân tử không thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc bằng kính hiển vi thông thường. Tôi đọc rằng các phân tử chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng các phân tử của các chất khác nhau là khác nhau và các phân tử của cùng một chất là như nhau. Tôi muốn đo đường kính của một phân tử trong thực tế. Nhưng thật không may, chương trình giảng dạy ở trường không cung cấp cho việc nghiên cứu các vấn đề thuộc loại này, và việc xem xét nó một mình là một nhiệm vụ khó khăn và tôi phải nghiên cứu tài liệu về các phương pháp xác định đường kính của phân tử.

chươngTôi. phân tử

1.1 Từ lý thuyết của câu hỏi

Một phân tử theo nghĩa hiện đại là hạt nhỏ nhất của một chất có tất cả các tính chất hóa học của nó. Phân tử có khả năng tồn tại độc lập. Nó có thể bao gồm cả hai nguyên tử giống hệt nhau, ví dụ, oxy O 2, ozone O 3, nitơ N 2, phốt pho P 4, lưu huỳnh S 6, v.v., và từ các nguyên tử khác nhau: điều này bao gồm các phân tử của tất cả các chất phức tạp. Các phân tử đơn giản nhất bao gồm một nguyên tử: đây là các phân tử khí trơ - helium, neon, argon, krypton, xenon, radon. Trong cái gọi là hợp chất cao phân tử và polyme, mỗi phân tử có thể bao gồm hàng trăm nghìn nguyên tử.

Bằng chứng thực nghiệm về sự tồn tại của các phân tử lần đầu tiên được đưa ra một cách thuyết phục nhất bởi nhà vật lý người Pháp J. Perrin vào năm 1906 khi nghiên cứu chuyển động Brown. Như Perrin đã chỉ ra, nó là kết quả của chuyển động nhiệt của các phân tử - chứ không phải gì khác.

Bản chất của một phân tử cũng có thể được mô tả từ một quan điểm khác: một phân tử là một hệ thống ổn định bao gồm các hạt nhân nguyên tử (giống hệt nhau hoặc khác nhau) và các electron xung quanh, và các tính chất hóa học của phân tử được xác định bởi các electron của lớp vỏ bên ngoài. trong các nguyên tử. Các nguyên tử được kết hợp thành các phân tử trong hầu hết các trường hợp bằng liên kết hóa học. Thông thường, một liên kết như vậy được tạo bởi một, hai hoặc ba cặp electron dùng chung cho hai nguyên tử.

Các nguyên tử trong phân tử liên kết với nhau theo một trình tự nhất định và phân bố trong không gian theo một phương thức nhất định. Liên kết giữa các nguyên tử có sức mạnh khác nhau; nó được ước tính bằng lượng năng lượng phải tiêu tốn để phá vỡ các liên kết giữa các nguyên tử.

Các phân tử được đặc trưng bởi một kích thước và hình dạng nhất định. Người ta đã xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau rằng 1 cm 3 của bất kỳ chất khí nào ở điều kiện bình thường chứa khoảng 2,7x10 19 phân tử.

Để hiểu con số này lớn đến mức nào, chúng ta có thể tưởng tượng rằng phân tử là một "viên gạch". Sau đó, nếu chúng ta lấy số viên gạch bằng số phân tử trong 1 cm 3 khí ở điều kiện bình thường và đặt chúng chặt chẽ trên bề mặt của toàn bộ quả địa cầu, thì chúng sẽ phủ lên bề mặt một lớp cao 120 m, nghĩa là cao gần gấp 4 lần chiều cao của một tòa nhà 10 tầng. Một số lượng lớn các phân tử trên một đơn vị thể tích cho thấy kích thước rất nhỏ của chính các phân tử đó. Ví dụ, khối lượng của một phân tử nước là m=29,9 x 10 -27 kg. Theo đó, kích thước của các phân tử cũng nhỏ. Đường kính của phân tử được coi là khoảng cách nhỏ nhất mà tại đó các lực đẩy cho phép chúng tiến lại gần nhau. Tuy nhiên, khái niệm về kích thước của một phân tử là có điều kiện, vì ở khoảng cách phân tử, các ý tưởng của vật lý cổ điển không phải lúc nào cũng hợp lý. Kích thước trung bình của các phân tử là khoảng 10-10 m.

Một phân tử như một hệ thống bao gồm các electron và hạt nhân tương tác có thể ở các trạng thái khác nhau và chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác một cách cưỡng bức (dưới tác động của các tác động bên ngoài) hoặc một cách tự phát. Đối với tất cả các phân tử thuộc loại này, một tập hợp trạng thái nhất định là đặc trưng, ​​​​có thể dùng để xác định các phân tử. Là một sự hình thành độc lập, một phân tử có một tập hợp các tính chất vật lý nhất định ở mỗi trạng thái, các tính chất này được bảo toàn ở mức độ này hay mức độ khác trong quá trình chuyển từ phân tử sang chất bao gồm chúng và xác định tính chất của chất này. Trong quá trình biến đổi hóa học, các phân tử của một chất trao đổi nguyên tử với các phân tử của chất khác, phân hủy thành các phân tử có số lượng nguyên tử nhỏ hơn và cũng tham gia vào các phản ứng hóa học thuộc loại khác. Vì vậy, hoá học nghiên cứu các chất và sự biến đổi của chúng gắn liền với cấu tạo và trạng thái của phân tử.

Một phân tử thường được gọi là một hạt trung hòa điện. Trong vật chất, ion dương luôn tồn tại song song với ion âm.

Theo số lượng hạt nhân nguyên tử có trong phân tử, các phân tử diatomic, triatomic, v.v. được phân biệt. Nếu số lượng nguyên tử trong một phân tử vượt quá hàng trăm và hàng nghìn thì phân tử đó được gọi là đại phân tử. Tổng khối lượng của tất cả các nguyên tử tạo nên phân tử được coi là trọng lượng phân tử. Theo trọng lượng phân tử, tất cả các chất được chia thành trọng lượng phân tử thấp và cao.

1.2 Các phương pháp đo đường kính phân tử

Trong vật lý phân tử, các "diễn viên" chính là các phân tử, những hạt nhỏ không thể tưởng tượng được tạo nên tất cả các chất trên thế giới. Rõ ràng là để nghiên cứu nhiều hiện tượng, điều quan trọng là phải biết chúng là gì, các phân tử. Đặc biệt, kích thước của chúng là bao nhiêu.

Khi nói về phân tử, người ta thường nghĩ đến chúng như những quả bóng nhỏ, đàn hồi và cứng. Do đó, để biết kích thước của các phân tử có nghĩa là biết bán kính của chúng.

Mặc dù kích thước phân tử rất nhỏ, các nhà vật lý đã cố gắng phát triển nhiều cách để xác định chúng. Vật lý 7 nói về hai trong số họ. Người ta khai thác đặc tính của một số (rất ít) chất lỏng để lan truyền dưới dạng màng dày một phân tử. Mặt khác, kích thước hạt được xác định bằng một thiết bị phức tạp - máy chiếu ion.

Cấu trúc của các phân tử được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp thực nghiệm khác nhau. Nhiễu xạ electron, nhiễu xạ neutron và phân tích cấu trúc tia X cung cấp thông tin trực tiếp về cấu trúc của các phân tử. Nhiễu xạ điện tử, một phương pháp nghiên cứu sự tán xạ của các điện tử bởi một chùm phân tử trong pha khí, giúp tính toán các tham số của cấu hình hình học cho các phân tử tương đối đơn giản, bị cô lập. Phân tích nhiễu xạ nơtron và cấu trúc tia X chỉ giới hạn trong việc phân tích cấu trúc của các phân tử hoặc các mảnh có trật tự riêng lẻ trong pha ngưng tụ. Các nghiên cứu về tia X, ngoài các thông tin được chỉ định, có thể thu được dữ liệu định lượng về sự phân bố không gian của mật độ điện tử trong các phân tử.

Các phương pháp quang phổ dựa trên tính chất riêng lẻ của quang phổ của các hợp chất hóa học, đó là do tập hợp các trạng thái đặc trưng của từng phân tử và các mức năng lượng tương ứng. Những phương pháp này cho phép thực hiện phân tích quang phổ định tính và định lượng của các chất.

Phổ hấp thụ hoặc phát xạ trong vùng vi sóng của quang phổ cho phép nghiên cứu sự chuyển đổi giữa các trạng thái quay, xác định momen quán tính của các phân tử, và trên cơ sở đó, độ dài liên kết, góc liên kết và các thông số hình học khác của phân tử. Quang phổ hồng ngoại, như một quy luật, nghiên cứu sự chuyển đổi giữa các trạng thái dao động-quay và được sử dụng rộng rãi cho mục đích phân tích quang phổ, vì nhiều tần số dao động của các mảnh cấu trúc nhất định của phân tử là đặc trưng và ít thay đổi khi truyền từ phân tử này sang phân tử khác. Đồng thời, quang phổ hồng ngoại cũng cho phép phán đoán cấu hình hình học cân bằng. Quang phổ của các phân tử trong dải tần số quang học và tử ngoại chủ yếu liên quan đến sự chuyển đổi giữa các trạng thái điện tử. Kết quả nghiên cứu của họ là dữ liệu về đặc điểm của các bề mặt tiềm năng cho các trạng thái khác nhau và giá trị của các hằng số phân tử xác định các bề mặt tiềm năng này, cũng như thời gian tồn tại của các phân tử ở trạng thái kích thích và xác suất chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác .

Về chi tiết cấu trúc điện tử của các phân tử, quang phổ điện tử tia X và tia X, cũng như phổ Auger, cung cấp thông tin duy nhất, cho phép ước tính loại đối xứng của các quỹ đạo phân tử và các đặc điểm của sự phân bố mật độ điện tử . Quang phổ laser (ở các dải tần số khác nhau), được phân biệt bởi tính chọn lọc kích thích đặc biệt cao, đã mở ra nhiều khả năng nghiên cứu các trạng thái riêng lẻ của các phân tử. Quang phổ laser xung cho phép phân tích cấu trúc của các phân tử tồn tại trong thời gian ngắn và sự biến đổi của chúng thành trường điện từ.

Nhiều thông tin về cấu trúc và tính chất của các phân tử được cung cấp bởi nghiên cứu về hành vi của chúng trong điện trường và từ trường bên ngoài.

Tuy nhiên, có một cách rất đơn giản, mặc dù không phải là chính xác nhất, để tính bán kính của các phân tử (hoặc nguyên tử) dựa trên thực tế là các phân tử của một chất, khi nó ở trạng thái rắn hoặc lỏng, có thể được coi là liền kề chặt chẽ với nhau. Trong trường hợp này, để ước tính sơ bộ, chúng ta có thể giả định rằng khối lượng V một số khối lượng tôi chất đơn giản bằng tổng thể tích của các phân tử chứa trong nó. Sau đó, chúng ta có thể tích của một phân tử bằng cách chia thể tích V mỗi số phân tử N.

Số phân tử trong một vật thể có khối lượng tôi cũng như đã biết

, ở đâu m- khối lượng mol của chất N A là số Avogadro. Do đó khối lượng V 0 của một phân tử được xác định từ đẳng thức .

Biểu thức này bao gồm tỷ lệ thể tích của một chất với khối lượng của nó. Mối quan hệ ngược lại

Các phân tử có kích thước và hình dạng khác nhau. Để rõ ràng, chúng tôi sẽ mô tả một phân tử ở dạng một quả bóng, tưởng tượng rằng nó được bao phủ bởi một bề mặt hình cầu, bên trong là các lớp vỏ electron của các nguyên tử của nó (Hình 4, a). Theo các khái niệm hiện đại, các phân tử không có đường kính xác định về mặt hình học. Do đó, người ta thống nhất lấy khoảng cách giữa tâm của hai phân tử (Hình 4b) là đường kính d của một phân tử, gần đến mức lực hút giữa chúng cân bằng với lực đẩy.

Từ quá trình hóa học "người ta biết rằng một kilogam phân tử (kilomole) của bất kỳ chất nào, bất kể trạng thái tập hợp của nó, đều chứa cùng một số phân tử, được gọi là số Avogadro, cụ thể là N A \u003d 6,02 * 10 26 phân tử.

Bây giờ hãy ước tính đường kính của một phân tử, ví dụ như nước. Để làm điều này, chúng tôi chia thể tích của một km nước cho số Avogadro. Một kilomol nước có khối lượng 18 kg. Giả sử rằng các phân tử nước nằm gần nhau và mật độ của nó 1000kg/m 3, chúng ta có thể nói về điều đó 1 kmol nước chiếm một thể tích V \u003d 0,018 m 3. Thể tích mỗi phân tử nước

Lấy phân tử như một quả bóng và sử dụng công thức thể tích quả bóng, chúng tôi tính toán đường kính gần đúng, nếu không thì kích thước tuyến tính của phân tử nước:

Đường kính phân tử đồng 2,25*10 -10m.Đường kính của các phân tử khí có cùng thứ tự. Ví dụ, đường kính của một phân tử hydro 2,47 * 10 -10m, khí cacbonic - 3,32*10 -10m. Vậy phân tử có đường kính bậc 10 -10 m. Về chiều dài 1 centimet 100 triệu phân tử có thể được đặt gần đó.

Hãy ước tính khối lượng của một phân tử, ví dụ đường (C 12 H 22 O 11). Để làm điều này, bạn cần một khối lượng kilomol đường (μ = 342,31 kg/kmol) chia cho số Avogadro, tức là cho số phân tử trong