Атоми і молекули в фізиці
Атом - найменша частинка даного хімічного елемента. Всі існуючі в природі атоми представлені в періодичній системі елементів Менделєєва.
Атоми з'єднуються в молекулу за рахунок хімічних зв'язків, заснованих на електричному взаємодії. Число атомів в молекулі може бути різним. Молекула може складатися з одного, з двох, трьох і навіть декількох сотень атомів.
Молекула - найменша частинка даної речовини, що володіє його хімічними властивостями.
Молекулярно-кінетична теорія - вчення про будову і властивості речовини на основі уявлень про існування атомів і молекул.
Основоположником молекулярно-кінетичної теорії є М.В. Ломоносов (1711-1765), який сформулював її основні положення і застосував їх до пояснення різних теплових явищ.
Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
Основні положення МКТ:
- всі тіла в природі складаються з дрібних частинок (атомів і молекул);
- частинки знаходяться в безперервному хаотичному русі, яке називається тепловим;
- частинки взаємодіють один з одним: між частинками діють сили тяжіння і відштовхування, які залежать від відстані між частинками.
Молекулярно-кінетична теорія підтверджується багатьма явищами.
Змішування різних рідин, розчинення твердих тіл в рідинах пояснюється перемішуванням молекул різного роду. При цьому обсяг суміші може відрізнятися від сумарного обсягу входять до неї компонент. що говорить про різних розмірах молекулярних сполук.
Дифузія - явище проникнення двох або кількох дотичних речовин один в одного.
Найбільш інтенсивно дифузія протікає в газах. Поширення запахів обумовлено дифузією. Дифузія свідчить про те, що молекули знаходяться в постійному хаотичному русі. Також явище дифузії свідчить про те, що між молекулами є проміжки, тобто речовина є дискретним.
Броунівський рух - тепловий рух найдрібніших мікроскопічних часток, зважених в рідині або газі.
Це явище вперше спостерігав англійський ботанік Р. Броун в 1827 р Спостерігаючи в мікроскоп квітковий пилок, зважену у воді, він побачив, що кожна частка пилку робить швидкі безладні рухи, переміщаючись на деяку відстань. В результаті окремих переміщень кожна частка пилку рухалася по звивистій траєкторії (рис. 1, а).
Рис.1. Броунівський рух: а) траєкторії руху окремих частинок, зважених в рідини; б) передача імпульсу молекулами рідини зваженої частинки.
Подальші дослідження броунівського руху в різних рідинах і з різними твердими частинками показали, що цей рух стає тим інтенсивніше, чим менше розміри частинок і чим вище температура досвіду. Це рух ніколи не припиняється і не залежить від будь-яких зовнішніх причин.
Р. Броун не зміг дати пояснення спостережуваного явища. Теорія броунівського руху була побудована А. Ейнштейном в 1905 р і отримала експериментальне підтвердження в дослідах французького фізика Ж. Перрена (1900-1911 рр.).
Молекули рідини, які знаходяться в постійному хаотичному русі при зіткненні зі зваженою часткою передають їй певний імпульс (рис.1, б). У разі частки великих розмірів число налітають на неї з усіх боків молекул велике, їх удари в кожен момент часу компенсуються, і частка залишається практично нерухомою. Якщо ж розмір частки дуже малий, то удари молекул не компенсуються - з одного боку про неї може вдаритися більше число молекул, ніж з іншого, в результаті чого частка почне рухатися. Саме такий рух під впливом безладних ударів молекул і здійснюють броунівський частинки. Хоча броунівський частинки по масі в мільярди разів перевершують масу окремих молекул і рухаються з дуже малими швидкостями (в порівнянні зі швидкостями молекул), все ж їх рух можна спостерігати в мікроскоп.
Приклади розв'язання задач
Чим можна пояснити, що через деякий час після відкриття в кімнаті флакона з духами їх запах відчувається по всьому приміщенню?
При відкритті флакона духи починають випаровуватися. Молекули духів в результаті дифузії проникають між молекулами повітря і заповнюють собою весь простір кімнати.
Якщо товчений крейда розмішати в воді, то частинки крейди будуть довго «висіти» в товщі води, не осідаючи на дно. Це явище пояснюється тим, що:
1) вода виштовхує їх вгору відповідно до закону Архімеда;
2) частки крейди здійснюють броунівський рух у воді;
3) Земля не притягує настільки дрібні частинки;
4) температура частинок крейди вище температури води.
Частинки товченого крейди досить малі розміри, щоб дія, що виникає на них тепловим рухом молекул води, було істотним. Отже, частки крейди здійснюють броунівський рух, внаслідок чого довго не осідають на дно. Правильна відповідь - 2.
Чому інтенсивність броунівського руху убуває з пониженням температури рідини?
Чим менше температура, тим повільніше рухаються молекули рідини (або газу), в якій знаходиться броунівський частка, тим менш інтенсивно вони передають частці імпульс і енергію при зіткненнях.