A molekulák mozgása, a szerző platformja
A molekulák mozgása Mi a különbség a forró test és a hideg között? Erre a kérdésre, egészen a közelmúltig, a XIX. Század elejéig. így válaszolt: a forró test több hőt (vagy fűtőanyagot) tartalmaz, mint egy hideg.
Csakúgy, mint a leves sósabb, ha több sót tartalmaz. Nos, mi a meleg? Ezt követte a válasz: "A hő termikus anyag, ez elemi tűz." Titokzatos és érthetetlen.
A hő elméletével együtt már régóta más a kilátás a hő természetéről. Ezt a XVI-XVIII. Század számos kiemelkedő tudósa védte. Francis Bacon írta a "Novum Organum" című könyvében: "...
a nagyon lényeges hő nem más, mint mozgás ... a hő a test legkisebb részeinek változó mozgásából áll. " Robert Hooke a "Micrography" című könyvében azt mondta: "... a hő a testrészek folyamatos mozgása ...
nincs ilyen test, amelynek részecskéi nyugalomban lennének. " Különösen világos kijelentéseket találunk Lomonosov munkájában: "A hő és a hideg oka". Ebben a munkában megtagadják a hő létezését, és azt mondják, hogy "a meleg az anyag részecskék belső mozgásából áll".
Rumford nagyon figurálisan beszélt a 18. század végén. "... a test forróbb, annál nagyobb a részecskék, ahonnan épül, ahogy a harang hangosabban hangzik, annál rezeg." Ezekben a figyelemre méltó reményekben, messze az idejük előtt, fekszenek a modern nézetek alapjait a hő természetéről. Néha csendes, tiszta napok vannak. A fákon lefagyott füzetek, még egy kis fodrozódás sem zavarja a vizes felületet. Minden környéket ünnepélyes ünnepségen fagyasztott le. A látható világ nyugodt. De mi történik az atomok és molekulák világában?
Napjaink fizikája sokat tud róla. Soha, semmilyen körülmények között nem szűnik meg a világ által épített részecskék láthatatlan mozgása. Miért nem látjuk ezeket a mozgalmakat? A részecskék mozognak, de a test nyugalmi állapotban van.
Hogy lehet ez? Láttál már valaha a midges szét? A széltelen időben a raj, ahogy volt, lóg a levegőben. És a szörnyetegben egy erős élet van.
Százas rovarok jobbra és balra rohannak felfelé és lefelé, és az egész szarv még mindig a helyén marad, változatlan formája nélkül. Az atomok és a molekulák láthatatlan mozgása a testben ugyanazok a kaotikus, rendetlen természet. Ha bizonyos molekulák bizonyos mennyiséget hagytak, akkor mások már felváltották őket. És mivel az új idegenek nem térnek el a baloldali molekuláktól, a test ugyanaz marad. A részecskék rendezetlen, kaotikus mozgása nem változtatja meg a látható világ tulajdonságait. De mi teszi az atomok és a molekulák mozgását?
A válasz egyszerű és mély jelentése: semmi. A kaotikus mozgás az univerzum minden részecske elidegeníthetetlen tulajdonsága. - De ez nem üres beszélgetés?
- az olvasó kérhet bennünket. "Végtére is senki sem látta az anyag részecskéinek örök hőmozgását." A részecskék termikus mozgásának bizonyítéka a legösszetettebb mikroszkóp segítségével érhető el. Több mint száz évvel ezelőtt az angol Brown botanikus, miközben a mikroszkóp alatt vizsgálta a növény belső struktúráját, észrevette, hogy a növény gyümölcslében lebegő apró anyagrészecskék folyamatosan minden irányba mozognak. A botanikus érdeklődött: milyen erőkkel mozognak a részecskék?
Talán valamiféle élőlény? A tudós úgy döntött, hogy megvizsgálja a kis agyag részecskéket a mikroszkóp alatt, amelyeket vízben kevergetnek. De ezek a kétségtelenül élőhalott részecskék sem voltak nyugodt; folyamatos kaotikus mozdulatokkal borították őket. Minél kisebb a felfüggesztett részecskék, annál gyorsabban mozogtak.
A mikroszkóp hosszú ideig bámult, de nem várhatta meg a részecskék mozgását. A Brown által megfigyelt szuszpendált részecskék mozgása a vízmolekulák termikus mozgásának hatására történik. Közvetlen kísérletekkel kimutatható, hogy a hőmozgás intenzitása a hőmérséklet függvénye.
A test felmelegedése - a részecskék felgyorsítják örök mozgását, hűvösek - a mozgás üteme lelassul. A termikus mozgás nagy és kicsi részecskék, molekulák, egyedi molekulák és atomok klaszterei. Hogyan alakulnak molekulák A molekulák atomokból állnak. Az atomok olyan molekulákhoz kötődnek, amelyeket vegyi anyagnak neveznek. Vannak molekulák, amelyek két, három, négy vagy több atomból állnak.
A legnagyobb molekulák - a fehérjemolekulák - több tízből, sőt több százezer atomból állnak. A molekulák birodalma kivételes fajta. Már a kémikusok már természetes anyagokból izoláltak, és laboratóriumokban létrehozták egymillió, különböző molekulákból épített anyagokat. A molekulák tulajdonságait nemcsak az egyes fajták hány atomja vesz részt konstrukciójában, hanem a sorrendben és a konfigurációban, amelyben kapcsolódnak. A molekula nem egy halom tégla, hanem egy összetett építészeti konstrukció, ahol minden tégla helyén és határozott szomszédaiban van.
A molekulát alkotó atomszerkezet többé-kevésbé "kemény" lehet. Mindenesetre mindegyik atom oszcillál az egyensúlyi helyzetében. Bizonyos esetekben a molekula egyes részei más részekhez képest forgathatók, így a szabad molekulát a termikus mozgás folyamatában különféle és legbizarrabb formák képezik.
Nagy távolságra, az atomok vonzzák egymást. Az interakciós erő nagyon gyorsan csökken a távolsággal, és viszonylag kis távolságokban elhanyagolhatóvá válik. A vonzás erejének közeledtével nő és eléri a legnagyobb értéket, még akkor is, ha az atomok közelről közelítenek egymáshoz. Még nagyobb konvergenciával, a vonzerő gyengül, és végül teljesen eltűnik egy bizonyos távolságra.
Ezt a távolságot egyensúlynak nevezik. Amikor az atomok egyensúlyi egyensúlyi távolságokká konvergálnak, hirtelen felemelkednek a visszataszító erők, és a távolság további csökkentése gyakorlatilag lehetetlen. Az atomok vagy más részecskék kölcsönhatása grafikusan ábrázolható egy speciális görbével, amelyet interakciós görbének vagy potenciális görbének neveznek (pontos név a potenciális energia görbe). Ennek értelme könnyen érthető, ha összehasonlítjuk ezt a görbét a földbe ásott gödör profiljával. Ha egy labdát egy ilyen gödörbe forgatnak, az alul található. A gödör alja megfelel a minimális potenciális energiának. Ebben a helyzetben a labdát befolyásoló erők kiegyensúlyozottak.
Természetesen a labda nem lehet egyensúlyban, ha a gödör szélén fekszik. Ebben a helyzetben a golyó olyan erõvel bír, amely olyan nagy pontokon van, ahol a gödör éle meredek, és kicsi, ahol a gödör pereme lapos. Ahogy a labda emelkedik, potenciális energiája megnő, egyenlő a mechanikusok által ismert módon, hogy emelje ki a felvonó magasságát. Így a gödörprofil alakja alapján rögtön megmondhatja, hogy a potenciális energia és a testre ható erő a profil minden pontján megegyezik-e.
Ez az információ szükséges a részecskék kölcsönhatásának jellemzéséhez. A diatomi molekulák potenciális energia görbéjének minden pontja mutatja az adott interatomikus távolság potenciális energiájának értékét. A távolságot a vízszintes tengely mentén ábrázoltuk, és a referenciapont a lehetetlen helyzetnek felel meg - zéró interatomikus távolság.
A görbe karakterisztikus irányt mutat a különböző fajtájú atomok számára - először lefelé, majd görbék, amely "gödröt" alkot, majd fokozatosan párhuzamos lesz a vízszintes tengely mentén, amely mentén az atomok közötti távolságot lefektetik. Tudjuk, hogy az állam, amelyben a potenciális energia a legkisebb értékkel bír, stabil. Amikor egy atom bejut a molekulába, akkor "ül" egy potenciális kútba, és kis egyensúlyi helyzeteket hoz létre az egyensúlyi helyzetben. Az egyensúlyi helyzet megfelel a kút aljának. Ezért a gödör aljától a referenciapontig terjedő távolságot az egyensúlyi távolságnak nevezzük. Ezen a távolságon az atomok akkor lettek rendezve, ha a termikus mozgás megállt.
Az egyensúlyi távolságok (az alábbiakban röviden szólunk - távolságok) az atomok között eltérőek a különböző atomok esetében. Amellett, hogy a kút mélyétől kezdve a különböző atomoktól eltérő távolságra van, a kút mélysége fontos. A gödör mélysége egyszerű jelentéssel bír: a kijutni a lyukból, legalább olyan energia szükséges, amely egyenlő a mélységgel. Ezért a kút mélysége a részecskék kötési energiájának nevezhető. A molekulák közötti atomok közötti távolság olyan kicsi, hogy a méréshez megfelelő egységeket kellett választanunk. Egyébként értékeinket ebben a formában kell kifejeznünk: 0,0000000121 cm (ezt egy olyan ábrán írjuk le, amely az oxigénmolekula atomjai közötti távolságot fejezi ki).
Egy olyan egységet, amely különösen alkalmas az atomvilág leírására, angstromnak nevezik (bár a svéd tudós nevét, akinek neve ezt a nevet nevezte meg, az Ongström helyesen olvassa fel, az emlékeztető számára az A) betű fölött egy ikont helyeznek el; azaz százmilliomodik centiméter. A molekulákat alkotó atomok közötti távolság 1 és 4 angström között van. Az oxigénben centiméterben rögzített egyensúlyi távolság 1,21. Az interatomikus távolságok, ahogy láthatja, nagyon kicsiek. Ha körbe a Földet az egyenlítő a kötél, a hossza az „öv” ugyanaz a tényező lesz nagyobb, mint a szélessége a kezét, hányszor szélessége a tenyér nagyobb, mint az atomok közötti a molekulában.
Az energia mérésére az atomok általában kalória, de nem utal egyetlen molekula, amely megadja, természetesen, elhanyagolható szám, és a Gram-molekula, vagyis. E., hogy hány gramm egyenlő relatív molekulatömeg. Az atomok kötési energiája a molekulában, mint az interatomikus távolságok, jelentéktelen határok között változik. Ugyanezen oxigén kötést összenergia 116,000 kalória mólonként, hidrogén -.... 103,000 kalória mólonként, stb A kötődési energiát, per egy molekula, hányadosaként kapott ezeket az értékeket 6023 * 1023 (Avogadro számát) .
Természetesen itt kapnak jelentéktelen számú 10 * -19 kalóriát. Már beszéltünk arról a tényről, hogy a molekulákban lévő atomok meglehetősen határozott módon vannak elrendezve egymáshoz képest, összetett struktúrákat alkotva összetett struktúrákat alkotva. Idézzük. néhány egyszerű példa.
A három atom molekulája lineáris (mindhárom atom egy sorban van elrendezve) és szögletes (az atomok közötti kötések tompaszögűek). Ez egy lineáris molekula CO2 - szén-dioxid és a ferde (szög 105 °) - a víz molekula H2 O. Az ammónia molekula NH3 nitrogénatom csúcsán egy háromszögletű gúla, egy molekula metán CH4 szénatom található, a központtól a tetraéderes alakú egyenlő oldalú, amely az úgynevezett tetraéder. A benzol C6H6 molekula szénatomjai rendszeres hatszögletűek. A szénatomok hidrogénnel való kötései 120 ° -os szögben mennek végbe. Minden atom ugyanabban a síkban van.