Как взаимодействуют друг с другом молекулы. Взаимодействие молекул. Строение твердых тел, жидкостей и газов. Молекулярная физика. Строение и свойства твердых, жидких и газообразных тел

Ещё со школы мы знаем – все вокруг нас состоит из молекул, мельчайших частиц, что беспрестанно взаимодействуют между собой. Давайте обновим наши знания и вспомним, почему камень трудно сжать в руках, а вода может склеить разорвавшийся лист дерева.

Как взаимодействуют между собой молекулы – взаимное притяжение молекул

Все вокруг нас: жидкие и твёрдые предметы, газообразные вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, которые непрерывно и постоянно двигаются между собой. Основной причиной того, что предметы не рассыпаются на молекулы, является их притяжение друг к другу. Наука доказала, что взаимное притяжение действует всегда. Каждая молекула притягивается к другой и к ним тянутся все остальные.

• Твёрдые тела остаются в своей форме, а жидкости не распадаются на капли за счёт межмолекулярного соединения. Такое притяжение мы не увидим глазами, оно слишком мало. Действует эта сила на сверхмалых расстояниях, таких как размеры самих частиц.
• Разбив тарелку и пытаясь соединить два куска вместе она не восстановится. Пытаясь приблизить части разбитой тарелки мы приближаем только малую часть молекул, из которых она состоит. Большая часть частиц остаётся на довольно большом расстоянии, недостаточном для вступления в силу действия притяжения молекул. Однако смочив разорванный лист с дерева водой, он слипнется. Мы создадим достаточное межмолекулярного притяжение молекул воды к молекулам листика для того, чтобы склеить разорванный лист.
• В природе сила притяжения молекул просматривается в намокании твёрдых тел. Возьмем кусок стекла и горизонтально его соприкоснём с поверхность воды. При поднятии вверх от воды нам придется применить небольшое усилие, чтобы «оторвать» стекло от поверхности. Нижняя часть, которая соприкасалась с водой, после поднятия стекла будет мокрой. Это означает, что при отрыве стекла от поверхности воды мы преодолеваем силу притяжения молекул воды между собой. Сам разрыв происходил не между молекулами стекла, а между молекулами воды. Тем самым мы убеждаемся, что притяжение между молекулами разных веществ не одинаково. У одних предметов притяжение частиц больше и их труднее разломать или растянуть, а у других – слабее.
• Лист бумаги проще порвать, преодолев притяжение молекул, чем лист железа. В приведённом примере молекулы воды притягиваются сильнее, чем молекулы стекла. Однако вода не смачивается жирными веществами. Например, опустив кусок парафина в воду мы вытащим его сухим. Это докажет что притяжение молекул парафина сильнее притяжения молекул воды.

Как взаимодействуют между собой молекулы – отталкивание молекул

Молекулы притягиваются друг к другу, но не слипаются вместе. Между крохотными частицами есть промежутки. Если молекулы сжать слишком близко, то они оттолкнутся друг от друга. Межмолекулярное отталкивание вступает в силу, когда расстояние между молекулами становится меньше размера самих частиц и стремится к нулю. Наглядно силу отталкивания демонстрирует губка, которая после сжатия в руке восстанавливает свою первоначальную форму. При сжатии губки мы усилием сжимаем её молекулы на очень близкое расстояние, меньшее чем размеры молекул, когда и возникает сила взаимного отталкивания всех молекул.

Молекулы, взаимодействуют между собой путём взаимного притяжение и отталкивания. Эти процессы зависят от расстояния, на котором находятся молекулы друг от друга: если межмолекулярного расстояние больше размера самих частиц – они притягиваются, если меньше – отталкиваются. Действие притяжения и отталкивания молекул также зависит от рода вещества. Твёрдые тела имеют более сильное притяжение, чем молекулы жидких веществ и более слабое отталкивание. Монету не сжать в руке, а молекулы газообразных веществ сильнее отталкиваются друг от друга, что позволяет газам не формироваться в предметы.

>> Взаимодействие молекул (7 класс)

• Оглядитесь вокруг, и вы увидите множество физических тел. Это и ваш сосед, с которым вы сидите за партой, и сама парта. Это и стул, на котором вы сидите, и ручка, которой вы пишете, и т. п. Все эти тела, как вы уже знаете, состоят из разделенных промежутка­ми частичек, которые постоянно двигаются. Тогда почему частички, из которых состоят физические тела , не разлетаются во все сторо­ны? Более того, тела не только не рассыпаются на отдельные моле­кулы - наоборот, чтобы их растянуть, сломать, разорвать, нужно приложить усилие. Попробуем разобраться, почему так.

Рис. 2.19. Висящая капля воды удерживается от падения силами притяжения между молекулами. Слишком тяжелая капля падает

1. Подтверждаем взаимодействие молекул

Причина того, что все тела вокруг нас не распадаются на отдельные молекулы , оче­видна: молекулы притягиваются друг к другу. Каждая молекула притягивается к соседним молекулам, а те, в свою очередь,- к ней. Имен­но благодаря межмолекулярному притяжению твердые тела сохраняют свою форму, жидкость собирается в капли (рис. 2.19), скотч прилипа­ет к бумаге, чернила оставляют след на листе, прижатые друг к другу срезами свинцовые ци­линдры крепко схватываются (рис. 2.20).

В науке установлено, что притяжение меж­ду молекулами действует всегда. Почему же тогда разбитая чашка не становится целой пос­ле того, как ее обломки прижмут друг к дру­гу? С какой бы силой мы ни прижимали друг к другу части сломанного карандаша, они так­же не соединятся в целый карандаш.

Дело в том, что притяжение между мо­лекулами становится заметным только на очень малых расстояниях (таких, которые можно сравнить с размерами самих части­чек). Прижимая обломки чашки или части сломанного карандаша, мы приближаем на та­кие расстояния только очень малое количество молекул. Расстояние же между большинством из них остается таким, что молекулы практи­чески не взаимодействуют. Теперь становится понятным, почему для того, чтобы свинцовые цилиндры слиплись, необ­ходимо предварительно отшлифовать срезы, а кусочки мягкого воска или пластилина легко слипнутся и без всякого шлифования.

Рис. 2.20. Прижатые друг к другу свежими срезами свинцовые бруски слипаются так крепко, что выдерживают вес большой гири

Рис. 2.21 Опыт по выяснению условий межмолекулярного притяжения

Два сухих листа невозможно сблизить настолько, чтобы они соедини­лись. Однако если смочить листы водой, то они слипнутся, так как молеку­лы воды приблизятся к молекулам бумаги настолько, что межмолекулярное притяжение уже будет удерживать листы друг возле друга (рис. 2.21).

Межмолекулярное притяжение также является причиной смачивания или нестачивания тела определенными жидкостями (рис. 2.22).

2. Подтверждаем межмолекулярное отталкивание

Выше мы доказали, что между молекулами существует притяжение. Учитывая это, возникает целый ряд вопросов. Почему же молекулы газов , в беспорядке двигаясь и постоянно сталкиваясь между собой, не слипаются в один большой ком? Почему, если сжать, например, губку, она через неко­торое время восстановит свою форму?

Рис. 2.22. Капелька воды растекается по поверхности чистого стекла (смачивает ее), поскольку притя­жение между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и стекла (о). Притяже­ние между молекулами воды больше, чем между молекулами воды и жира, которым покрыты перья водоплавающих птиц, поэтому вода не смачивает их (вспомните выражение «как с гуся вода») (б)

Дело в том, что молекулы не только притягиваются друг к другу, но и отталкиваются. Если расстояние между ними станет очень малым (не­много меньше размера молекулы), то межмолекулярное отталкивание ста­новится более сильным, чем притяжение. Попробуйте сжать, например, мо­нетку. Вы не сможете заметно уменьшить ее размеры, так как молекулы монетки будут отталкиваться друг от друга. Так же вы не сможете заметно уменьшить объем жидкости даже с помощью мощного пресса.

Именно межмолекулярное притяжение и отталкивание удерживает мо­лекулы жидкостей и твердых веществ на более или менее определенных расстояниях, которые приблизительно равны размерам самих молекул. В случае уменьшения расстояния молекулы начинают отталкиваться друг от друга, а в случае увеличения - притягиваться, поэтому как для сближе­ния, так и для отдаления молекул необходимо приложить усилие.

• Подводим итоги

Молекулы взаимодействуют между собой: они одновременно притягиваются и отталкиваются. Межмолекулярное взаимодействие проявляет­ся на расстояниях, которые можно сравнить с размерами самих молекул.

• Контрольные вопросы

1. Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы?

2. При каких условиях притяжение между молекулами становится заметным?

3. При каком условии наблюдается отталки­вание молекул?

4. Почему невозможно соединить два обломка чаш­ки, даже сильно прижимая их друг к другу, а два куска пластилина легко слипаются?

5. Известно, что между молекулами существует притяжение. Почему же тогда молекулы, например, воздуха не соби­раются в одном месте?

• Упражнения

1. Как бы старательно вы ни соединяли два обломка линейки, они не соединятся. Почему в этом случае не сказывается притяжение мо­лекул?
2. Почему для того чтобы разорвать шнур, нужно приложить усилие?
3. С какой целью при складировании листового стекла его проклады­вают бумажными лентами?
4. Жидкий клей обеспечивает прочное соединение двух тел. Объясни­те, вследствие чего это происходит.
5. Что общего и в чем разница между процессами сваривания и пайки металлов?
6. Перья водоплавающих птиц покрыты тонким слоем жира. Какую пользу это приносит птицам?

• Экспериментальные задания

1. Используя мягкую пружинку (или тонкую резинку), чистую ме­таллическую (или стеклянную) пластинку и блюдце с водой, про­демонстрируйте, что между молекулами воды и металла (стекла) существуют силы притяжения.

2. Используя листы бумаги, сосуды с растительным маслом и водой, получите ответы на такие вопросы. Слипнутся ли два листа, если их смочить водой? маслом? если один смочить водой, а второй мас­лом? Обоснуйте результаты эксперимента.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации

То, что молекулы взаимодействуют друг с другом, следует хотя бы из того, что существуют жидкости и твердые тела: ведь иначе они распались бы на отдельные молекулы, превратившись в газы!

Как взаимодействуют молекулы? Ответ на этот вопрос можно получить, исследуя свойства твердых тел в следующих простых опытах.

Попробуйте сжать камень - вряд ли у вас это получится. Дело в том, что в твердых телах молекулы расположены вплотную друг к другу и поэтому при сжатии молекулы как бы «упираются» одна в другую. Другими словами, когда молекулы находятся на очень близком расстоянии, они отталкиваются друг от друга.

Благодаря этому отталкиванию вы не проваливаетесь сквозь пол: молекулы, из которых состоит материал подошв, «упираются» в молекулы, из которых состоит пол. Эти силы отталкивания между молекулами схематически изображены на рис. 6.3, а.

Однако твердые тела сопротивляются не только сжатию, но и растяжению. А это означает, что при увеличении расстояния отталкивание между молекулами сменяется притяжением.

Рис. 6.3. Мы не проваливаемся сквозь пол благодаря отталкиванию молекул друг от друга (а); пытаясь разорвать нить, вы чувствуете силы притяжения между молекулами в малом сечении нити (б)

Поставим опыт

Чтобы почувствовать, насколько велики силы притяжения между молекулами, попробуйте разорвать руками капроновую нить сечением 1 мм 2 . Трудно? А ведь усилиям вашего тела противостоят силы притяжения крошечных молекул в малом сечении нити. Эти силы схематически показаны на рис. 6.3, б.

Наблюдения и опыты показывают, что притягиваются друг к другу не только молекулы одного и того же вещества, но и молекулы разных веществ.

Почему слипаются мокрые волосы?

Молекулярная физика - это просто!

Силы взаимодействия молекул

Все молекулы вещества взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания.
Доказательство взаимодействия молекул: явление смачивания, сопротивление сжатию и растяжению, малая сжимаемость твердых тел и газов и др.
Причина взаимодействия молекул - это электромагнитные взаимодействия заряженных частиц в веществе.

Как это объяснить?

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.

Большинство твердых тел имеет упорядоченное в пространстве расположение частиц, которые образуют правильную кристаллическую решетку. Частицы вещества (атомы, молекулы, ионы) расположены в вершинах - узлах кристаллической решетки. Узлы кристаллической решетки совпадают с положением устойчивого равновесия частиц.
Такие твердые тела называются кристаллическими.

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.

При хаотическом движении молекул происходят многочисленные столкновения молекул газа друг с другом.

Расстояние, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега и обозначается λ длины свободного пробега между отдельными столкновениями молекулы могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому пользуются средней длиной свободного пробегаλ 1:

λ = (λ 1 + λ 2 +…+ λz) / z.

Если z обозначает среднее число столкновений молекулы за 1 сек., то

λ = υ/z.

Броуновское движение- движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием не скомпенсированных ударов молекул вещества.

Диффузия- процесс выравнивания концентраций, обусловленный переносом вещества посредством молекулярного движения.

Масса и размер молекул.

Молекулы имеют чрезвычайно малые размеры. Простые одноатомные молекулы имеют размер порядка 10 –10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше. (1 нм = 10 -9 м). Например: диаметр молекулы воды (H 2 O) равен 0,26 нм.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C.Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро N A:

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.

Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро N A:

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.

За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода 12 C (с массовым числом 12). Она называется атомной единицей массы (а. е. м.):

Эта величина почти совпадает с массой протона или нейтрона. Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12 C называется относительной массой.

Закон Авогадро : в равных объемах различных газов при одинаковым давлении и температуре содержится одинаковое количество молекул.

Идеальный газ.

Идеальным считается газ, удовлетворяющий следующим условиям:

· объемом всех молекул газа можно пренебречь по сравнению с объемом сосуда, в котором этот газ находится;

· время столкновения молекул друг с другом пренебрежимо мало по сравнению со временем между двумя столкновениями;

· молекулы взаимодействуют между собой только при непосредственном столкновении;

· силы притяжения между молекулами идеального газа ничтожны малы и ими можно пренебречь;

· движение молекул подчиняется закона Ньютона.

Идеальный газ оказывает давление на стенки сосуда за счет упругих ударов его молекул о стенки.