حجم جزيء الكلور بالميكرونات. كيف يؤثر حجم الجزيء على قوى الجذب؟ الكلور هو أكثر ملوثات المياه مكراً.

عندما تدخل ذرتان أو أكثر في روابط كيميائية مع بعضها البعض ، تتشكل الجزيئات. لا يهم ما إذا كانت هذه الذرات متشابهة أو ما إذا كانت مختلفة تمامًا عن بعضها البعض من حيث الشكل والحجم. سنكتشف حجم الجزيئات وما يعتمد عليه.

ما هي الجزيئات؟

لآلاف السنين ، تكهن العلماء حول لغز الحياة ، حول ما يحدث بالضبط في أصلها. وفقًا لأقدم الثقافات ، تتكون الحياة وكل شيء في هذا العالم من العناصر الأساسية للطبيعة - الأرض والهواء والرياح والماء والنار. ومع ذلك ، مع مرور الوقت ، بدأ العديد من الفلاسفة في طرح فكرة أن كل الأشياء تتكون من أشياء صغيرة غير قابلة للتجزئة لا يمكن إنشاؤها وتدميرها.

لم يكن حتى ظهور النظرية الذرية والكيمياء الحديثة ، ومع ذلك ، بدأ العلماء يفترضون أن الجسيمات مجتمعة أدت إلى ظهور اللبنات الأساسية لكل الأشياء. هكذا ظهر المصطلح ، والذي يشير في سياق نظرية الجسيمات الحديثة إلى أصغر وحدات الكتلة.

من خلال تعريفه الكلاسيكي ، فإن الجزيء هو أصغر جسيم في مادة ما يساعد في الحفاظ على خصائصه الكيميائية والفيزيائية. يتكون من ذرتين أو أكثر ، بالإضافة إلى مجموعات من نفس الذرات أو ذرات مختلفة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى كيميائية.

ما هو حجم الجزيئات؟ في الصف الخامس ، يعطي التاريخ الطبيعي (مادة مدرسية) فكرة عامة عن الأحجام والأشكال ، تتم دراسة هذه المسألة بمزيد من التفصيل في دروس الكيمياء بالمدرسة الثانوية.

أمثلة الجزيء

يمكن أن تكون الجزيئات بسيطة أو معقدة. وهنا بعض الأمثلة:

• H 2 O (ماء) ؛
• ن 2 (نيتروجين) ؛
• O 3 (الأوزون) ؛
• CaO (أكسيد الكالسيوم) ؛
• C 6 H 12 O 6 (جلوكوز).

تسمى الجزيئات المكونة من عنصرين أو أكثر مركبات. لذلك ، الماء وأكسيد الكالسيوم والجلوكوز مركب. ليست كل المركبات جزيئات ، لكن كل الجزيئات مركبات. كيف يمكن أن تكون كبيرة؟ ما هو حجم الجزيء؟ من الحقائق المعروفة أن كل شيء حولنا تقريبًا يتكون من ذرات (باستثناء الضوء والصوت). سيكون وزنهم الإجمالي هو كتلة الجزيء.

الكتلة الجزيئية

عند الحديث عن حجم الجزيئات ، يبدأ معظم العلماء بالوزن الجزيئي. هذا هو الوزن الإجمالي لجميع الذرات المكونة لها:

• يتكون الماء من ذرتين من الهيدروجين (تحتوي كل منهما على وحدة كتلة ذرية واحدة) وذرة أكسجين واحدة (16 وحدة كتلة ذرية) ، ولها وزن جزيئي قدره 18 (بتعبير أدق ، 18.01528).
• يبلغ الوزن الجزيئي للجلوكوز 180.
• يمكن أن يكون للحمض النووي الطويل جدًا وزن جزيئي يبلغ حوالي 1010 (الوزن التقريبي لكروموسوم بشري واحد).

القياس بالنانومتر

بالإضافة إلى الكتلة ، يمكننا أيضًا قياس حجم الجزيئات بالنانومتر. يبلغ عرض وحدة الماء حوالي 0.27 نيوتن متر. يصل عرض الحمض النووي إلى 2 نانومتر ويمكن أن يمتد بطول يصل إلى عدة أمتار. من الصعب تخيل كيف يمكن احتواء هذه الأبعاد في خلية واحدة. نسبة الطول إلى السماكة للحمض النووي مذهلة. إنها 1 / 100،000،000 ، وهي مثل شعرة الإنسان بطول ملعب كرة القدم.

أشكال و أحجام

ما هو حجم الجزيئات؟ يأتون في أشكال وأحجام مختلفة. الماء وثاني أكسيد الكربون من بين أصغرها ، والبروتينات من بين أكبرها. الجزيئات هي عناصر تتكون من ذرات مرتبطة ببعضها البعض. يعتبر فهم مظهر الجزيئات تقليديًا جزءًا من الكيمياء. بصرف النظر عن سلوكها الكيميائي الغريب بشكل غير مفهوم ، فإن أحد الخصائص المهمة للجزيئات هو حجمها.

أين يمكن أن يكون من المفيد بشكل خاص معرفة حجم الجزيئات؟ تساعد الإجابة على هذا السؤال والعديد من الأسئلة الأخرى في مجال تقنية النانو ، حيث يتعامل مفهوم الروبوتات النانوية والمواد الذكية بالضرورة مع تأثيرات الحجم والشكل الجزيئي.

ما هو حجم الجزيئات؟

في الصف الخامس ، يقدم التاريخ الطبيعي حول هذا الموضوع معلومات عامة فقط أن جميع الجزيئات تتكون من ذرات في حركة عشوائية ثابتة. في المدرسة الثانوية ، يمكنك بالفعل رؤية الصيغ الهيكلية في كتب الكيمياء المدرسية التي تشبه الشكل الفعلي للجزيئات. ومع ذلك ، من المستحيل قياس طولها باستخدام مسطرة عادية ، وللقيام بذلك ، عليك أن تعرف أن الجزيئات عبارة عن كائنات ثلاثية الأبعاد. صورتهم على الورق هي إسقاط على مستوى ثنائي الأبعاد. يتغير طول الجزيء بواسطة روابط أطوال زواياه. هناك ثلاثة منها:

• تبلغ زاوية رباعي الوجوه 109 درجة عندما تكون كل روابط هذه الذرة مع جميع الذرات الأخرى مفردة (شرطة واحدة فقط).
• زاوية الشكل السداسي هي 120 درجة عندما يكون للذرة رابطة مزدوجة مع ذرة أخرى.
• زاوية الخط هي 180 درجة عندما يكون للذرة رابطان مزدوجان أو رابطة ثلاثية مع ذرة أخرى.

غالبًا ما تختلف الزوايا الفعلية عن هذه الزوايا لأنه يجب أخذ مجموعة متنوعة من التأثيرات في الاعتبار ، بما في ذلك التفاعلات الكهروستاتيكية.

كيف تتخيل حجم الجزيئات: أمثلة

ما هو حجم الجزيئات؟ في الصف الخامس ، تكون الإجابات على هذا السؤال ، كما قلنا سابقًا ، ذات طبيعة عامة. يعرف تلاميذ المدارس أن حجم هذه الوصلات صغير جدًا. على سبيل المثال ، إذا قمت بتحويل جزيء رمل في حبة رمل واحدة إلى حبة رمل كاملة ، فيمكنك إخفاء منزل مكون من خمسة طوابق تحت الكتلة الناتجة. ما هو حجم الجزيئات؟ الجواب المختصر ، وهو أيضًا أكثر علمية ، هو كما يلي.

الوزن الجزيئي يعادل نسبة كتلة المادة بأكملها إلى عدد الجزيئات في المادة ، أو نسبة الكتلة المولية إلى ثابت أفوجادرو. وحدة القياس كيلوغرام. متوسط ​​الوزن الجزيئي هو 10 -23-10-26 كجم. لنأخذ الماء على سبيل المثال. سيكون وزنه الجزيئي 3 × 10 -26 كجم.

كيف يؤثر حجم الجزيء على قوى الجذب؟

المسؤول عن التجاذب بين الجزيئات هو القوة الكهرومغناطيسية ، والتي تتجلى من خلال جذب الشحنات المعاكسة وتنافرها. تهيمن القوة الكهروستاتيكية الموجودة بين الشحنات المتقابلة على التفاعلات بين الذرات وبين الجزيئات. قوة الجاذبية صغيرة جدًا في هذه الحالة بحيث يمكن إهمالها.

في هذه الحالة ، يؤثر حجم الجزيء على قوة الجذب من خلال السحابة الإلكترونية للتشوهات العشوائية التي تحدث أثناء توزيع إلكترونات الجزيء. في حالة الجسيمات غير القطبية التي تظهر فقط تفاعلات فان دير فالس الضعيفة أو قوى التشتت ، فإن حجم الجزيئات له تأثير مباشر على حجم سحابة الإلكترون المحيطة بالجزيء المحدد. كلما زاد حجمها ، زاد المجال المشحون المحيط بها.

تعني السحابة الإلكترونية الأكبر أنه يمكن أن تحدث تفاعلات إلكترونية أكثر بين الجزيئات المجاورة. نتيجة لذلك ، يطور جزء من الجزيء شحنة جزئية موجبة مؤقتة ، بينما يطور الجزء الآخر شحنة سالبة. عندما يحدث هذا ، يمكن للجزيء استقطاب السحابة الإلكترونية للجوار. يحدث الجذب لأن الجانب الإيجابي الجزئي لجزيء واحد ينجذب إلى الجانب السلبي الجزئي للجزيء الآخر.

استنتاج

إذن ما هو حجم الجزيئات؟ في العلوم الطبيعية ، كما اكتشفنا ، لا يمكن للمرء أن يجد سوى فكرة مجازية عن كتلة وحجم هذه الجسيمات الأصغر. لكننا نعلم أن هناك مركبات بسيطة ومعقدة. والثاني يمكن أن يشتمل على شيء مثل الجزيء الضخم. إنها وحدة كبيرة جدًا ، مثل البروتين ، والتي يتم إنشاؤها عادةً عن طريق بلمرة الوحدات الفرعية الأصغر (المونومرات). وعادة ما تتكون من آلاف الذرات أو أكثر.

Kikoin A.K. طريقة بسيطة لتحديد حجم الجزيئات // Kvant. - 1983. - رقم 9. - C.29-30.

باتفاق خاص مع هيئة التحرير ومحرري مجلة "Kvant"

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 التحديد ، ما هي أبعادها.

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. فيزياء 9 تتحدث 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.

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 ميساوي \ (~ N_a \ frac (m) (M) \) ، حيث م- الكتلة المولية للمادة ن A هو رقم Avogadro. ومن هنا الحجم الخامسيتم تحديد 0 من جزيء واحد من المساواة

\ (~ V_0 = \ frac (V) (N) = \ frac (V M) (m N_A) \).

يتضمن هذا التعبير نسبة حجم المادة إلى كتلتها. العلاقة العكسية \ (~ \ frac (m) (V) = \ rho \) هي كثافة المادة ، بحيث

\ (~ V_0 = \ frac (M) (\ rho N_A) \).

يمكن العثور على كثافة أي مادة تقريبًا في جداول يمكن للجميع الوصول إليها. من السهل تحديد الكتلة المولية لمعرفة ما إذا كانت الصيغة الكيميائية للمادة معروفة أم لا.

\ (~ \ frac (4) (3) \ pi r ^ 3 = \ frac (M) (\ rho N_A) \).

من حيث نحصل على التعبير عن نصف قطر الجزيء:

\ (~ r = \ sqrt (\ frac (3M) (4 \ pi \ rho N_A)) = \ sqrt (\ frac (3) (4 \ pi N_A)) \ sqrt (\ frac (M) (\ rho) ) \).

أول هذين الجذرين قيمة ثابتة تساوي 7.4 10 -9 مول 1/3 ، وبالتالي فإن صيغة صيأخذ الشكل

\ (~ r \ حوالي 7،4 \ cdot 10 ^ (- 9) \ sqrt (\ frac (M) (\ rho)) (m) \).

على سبيل المثال ، نصف قطر جزيء الماء المحسوب باستخدام هذه الصيغة هو صب 1.9 10-10 م.

الطريقة الموصوفة لتحديد نصف قطر الجزيئات لا يمكن أن تكون دقيقة ، فقط لأن الكرات لا يمكن وضعها بحيث لا توجد فجوات بينها ، حتى لو كانت على اتصال مع بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك ، مع مثل هذا "الحشو" لجزيئات الكرة ، ستكون الحركات الجزيئية مستحيلة. ومع ذلك ، فإن حسابات أحجام الجزيئات وفقًا للصيغة الواردة أعلاه تعطي نتائج تتطابق تقريبًا مع نتائج الطرق الأخرى ، والتي تكون أكثر دقة بشكل لا يضاهى.

الفصل 4. معلومات أولية فئة عن هيكل المادة

يجب أن يساعد حل المشكلات المتعلقة بهذا الموضوع الطلاب على تطوير مفاهيم أولية حول التركيب الجزيئي للمواد.

في المهام ، من الضروري النظر ، أولاً وقبل كل شيء ، في مثل هذه الحقائق ، التي يؤدي التفسير العلمي لها حتماً إلى فكرة أن الأجسام تتكون من أصغر الجزيئات - الجزيئات.

بعد ذلك ، يجب حل عدد من المشكلات التي تعطي مفهوم حجم الجزيئات ، بالإضافة إلى خصائصها وحركتها وتفاعلها. نظرًا لعدم كفاية الإعداد الرياضي للطلاب ، يجب أن تكون معظم المهام ذات جودة عالية.

يجب أيضًا إيلاء اهتمام كبير للمشاكل التجريبية. يمكن للطلاب أداء مهام تجريبية بسيطة في المنزل.

ثم يتم استخدام المعلومات التي تم الحصول عليها حول التركيب الجزيئي للمواد لشرح الفرق بين الحالات الصلبة والسائلة والغازية للمادة.

1. وجود الجزيئات. أحجام الجزيئات

من المفيد توضيح وتعميق المفهوم الأولي للجزيئات وأحجامها بمساعدة المهام التي يتم فيها تقديم صور للجزيئات التي تم الحصول عليها باستخدام المجهر الإلكتروني.

حل المشكلات التي تظهر التركيب المعقد للجزيئات أمر اختياري. ولكن في الخطة التمهيدية ، خاصة في الفصول ذات الأداء الأكاديمي القوي ، يمكن التفكير في 2-3 مهام ، مما يدل على أن جزيئات المواد المعقدة تتكون من جزيئات أصغر - ذرات.

إلى جانب المشكلات النوعية ، من الممكن إعطاء مهام لحسابات بسيطة للأحجام المطلقة والنسبية للجزيئات.

43- يبين الشكل 11 صورة لجسيم صلب مأخوذ بالمجهر الإلكتروني. أيّ

أرز. 11. (انظر المسح)

يمكن استنتاج على أساس هذه الصورة حول بنية الجسم الصلب؟ باستخدام المقياس الموضح في الصورة ، حدد حجم جسيم واحد - جزيء.

المحلول. يتم لفت الانتباه إلى حقيقة أن جميع الجزيئات متشابهة ، ويتم ترتيبها في جسم صلب بترتيب معين ولها تغليف كثيف بحيث لا يتبقى سوى فجوات صغيرة بينها.

لتحديد قطر الجزيئات ، يتم حساب عددها (50) على مسافة محددة تبلغ 0.00017 سم ، ومن خلال الحساب ، وجدوا أن قطر الجزيء يبلغ حوالي 0.000003 سم.

عليك أن تخبر الطلاب أن هذا جزيء عملاق. جزيء الماء ، على سبيل المثال ، يبلغ قطره حوالي مائة مرة أصغر.

44. المجهر الضوئي يجعل من الممكن تمييز الأشياء التي يبلغ حجمها حوالي 0.00003 سم. هل من الممكن أن نرى في مثل هذا المجهر قطرة ماء يصل قطرها مائة ألف ومليون جزيء؟ قطر جزيء الماء تقريبًا

لذلك ، في المجهر الضوئي ، يمكن للمرء أن يرى فقط مثل هذه القطرة من الماء ، التي يبلغ قطرها على الأقل 1000 مرة أكبر من قطر جزيء الماء. لا يمكن رؤية جزيئات الماء نفسها بالمجهر الضوئي.

45. عدد الجزيئات في الهواء عند الضغط العادي 0 درجة مئوية هو. بافتراض أن قطر جزيء غاز واحد يبلغ حوالي 0.00000003 سم ، احسب طول "الخرزات" إذا أمكن ربط كل هذه الجزيئات بإحكام على خيط غير مرئي.

إجابه. 8 مليون كم.

46 (هـ). اغمس اثنين من أنابيب الاختبار رأسًا على عقب في الماء وضع فيهما أسلاك عارية متصلة بأقطاب البطارية. راقب فقاعات الغاز وافحص تركيبها بمساعدة شظية متوهجة. من أين أتت الغازات؟

المحلول. من خلال الاحتراق اللامع للشظية في أنبوب اختبار واحد ووميض في أنبوب آخر ، استنتج أن الأكسجين كان في أنبوب اختبار واحد والهيدروجين في الآخر.

يشرحون أن الغازات ظهرت أثناء تحلل جزيء الماء. وبالتالي ، لا يتم الحفاظ على خصائص الجزيء عند تقسيمه إلى أجزاء أصغر. يمكن إخبار الطلاب أن الماء يتحلل إلى أكسجين وهيدروجين أيضًا عند تسخين بخار الماء إلى درجة حرارة عالية جدًا.

يبلغ قطر جزيء الماء حوالي 0،0000،000 متر مكعب.
قطر جزيء الماء ، المحسوب باستخدام رقم أفوجادرو ، هو ثلاثة أنجستروم. هذا اليقين متأصل موضوعيا في جزيء أي مادة. هذا يعني أن الهيكل يعمل كترتيب مكاني للجسيمات في الجزيء.
يبلغ قطر جزيء الماء 0 29 نانومتر (2 9 أ) ، وهو ما يمكن مقارنته بحجم المسام والعيوب في معظم المواد غير المعدنية. هذا يحدد قدرته العالية على الاختراق ، خاصة في مواد السيليكات المسامية والمركبات.
يبلغ قطر جزيء الماء 2 5 10-10 م فقط ، ويمر بخار الماء عبر أصغر المسام. المواد الكثيفة غير المسامية لا تسمح بمرور بخار الماء وهي غير قابلة للرطوبة. وتشمل هذه السيراميك الزجاجي والزجاج منخفض القلويات والسيراميك الخالي من الهواء وراتنجات الايبوكسي والبوليمرات غير القطبية.
ألياف زجاجية على مادة رابطة إيبوكسي بوليستر بعد 9 ساعات من الغليان في الماء المقطر. | هيكل من الألياف الزجاجية المقاومة كيميائيًا على أساس راتنج PN-16 بعد التعرض لمدة 1000 ساعة I في الماء المغلي (7500 ساعة. إذا كان قطر جزيء الماء 0276 نانومتر ، فإن قطر الغلاف الجوي الأيوني ، الذي يحدد الفعالية حجم الأيونات في محلول من 0 6 ٪ كلوريد الصوديوم ، حوالي 1 نانومتر تؤدي الزيادة في تركيز محلول الإلكتروليت إلى زيادة سمك الغلاف الجوي الأيوني.
يتجاوز قطرها في أماكن التوسع قطر جزيئات الماء. ويصاحب ذوبان الجليد تكسر الروابط بين بعض الجزيئات وفشلها في قنوات بنية الجليد. الزيادة في درجة الحرارة مصحوبة بمزيد من التدمير للهيكل.
على سطح الأخير ، يتم تشكيل فيلم رقيق بسمك اثنين أو ثلاثة أقطار من جزيئات الماء. عندما يحدث ، فإنه يطلق حرارة الترطيب.
مع سماكة طبقة من الرطوبة الممتصة تساوي 10 - 30 أقطارًا من جزيئات الماء ، وفقًا لـ BV Deryagin ، يتم تكوين طبقة مذابة مع إطلاق حرارة ضئيل أو معدوم. هذه الطبقة ، كما يشير F.E.Kolyasev ، لها أيضًا خصائص فيزيائية وكيميائية شاذة مقارنة بالسائل السائب.
ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المواد لها بنية مسامية وأن أحجام المسام تتجاوز قطر جزيئات الماء. بالإضافة إلى ذلك ، تتشكل الشعيرات الدموية على طول أطراف العناصر عند السطح البيني بين المواد مع معاملات مختلفة للتمدد الخطي.
يتم الاحتفاظ بالمياه المقيدة ماديًا على سطح الجسيمات المعدنية بواسطة قوى الالتصاق الجزيئي ولها شكل أغشية رقيقة تصل إلى عدة مئات من الأقطار من جزيء الماء.
يختلف سمك غشاء الماء على السطح في حدود 0 5 - 3 0 - 10 6 سم. إذا أخذنا في الاعتبار أن قطر جزيء الماء هو 33 ، إذن ، فإن الطبقة المتوسطة من الماء تساوي 100 جزيء تشكلت على السطح. لإنشاء طبقة مقاومة للماء على سطح السيراميك ، من الضروري مقاومة طبقة الماء المتكونة عند رطوبة نسبية 60-90٪ لمدة 4 ساعات.
الماء في الصخور. يتم الاحتفاظ بالمياه المقيدة على سطح الجزيئات المعدنية للصخور بواسطة قوى الالتصاق الجزيئي ، وتشكل طبقة ، يمكن أن يصل سمكها إلى عدة مئات من الأقطار من جزيء الماء. يتم تمثيل الجزء الخارجي الكبير من هذه الطبقة بمياه غير متماسكة (ممتصة بالجليد).

كما يتضح من الجدول ، فإن النسبة R - r ، m ، e ، المسافة بين مجالي مركب الهيدرات إلى قطر جزيء الماء 2ga ، في كثير من الحالات تساوي واحدًا ، أو R - r - 2ra ؛ بعبارة أخرى ، في مثل هذه المجمعات ، تحيط جزيئات الماء بالأيون المركزي ، حيث توجد حول غلاف ، جزيء سميك ، في طبقة واحدة.
يختلف سمك غشاء الماء على السطح في حدود 0 5 - 3 0 - 10 - 6 سم. إذا أخذنا في الاعتبار أن قطر جزيء الماء هو 3 أ ، إذن ، طبقة متوسطة من الماء تساوي 100 جزيء على السطح. لإنشاء طبقة مقاومة للماء على سطح السيراميك ، من الضروري مقاومة طبقة الماء المتكونة عند رطوبة نسبية 60-90٪ لمدة 4 ساعات.
بالإضافة إلى ذلك ، للاستقراء إلى r oo ، لا يمكن استخدام الوظيفة العكسية لـ r فقط بسبب تأثير المصطلح الذي يحدده نصف قطر أو قطر جزيء الماء. يؤدي الحساب الأكثر اكتمالًا لمحتوى المحتوى الحراري للترطيب ، على غرار ما اقترحه باكنجهام ، والذي يأخذ في الاعتبار المصطلحات المرتبطة بتفاعلات أيون ثنائي القطب وثنائي القطب وثنائي القطب وثنائي القطب وتأثير لحظات ثنائي القطب المستحث ، إلى المزيد الأس المعقد للدالة المتبادلة لنصف القطر الأيوني. نفذت Halliwell و Nyburg أيضًا حسابًا أكثر أناقة إلى حد ما استنادًا إلى إمكانية تنسيق أرقام 6 أو 4 في غلاف الترطيب الرئيسي ونماذج الكرة الصلبة والكرة الرخوة لتلامس المذيبات الأيونية.
يمكن اعتبار امتصاص الرطوبة لأنظمة غير متجانسة مثل الألياف الزجاجية كوجهين لعملية واحدة - اختراق وسط متحرك بقطر صغير من الجزيئات (قطر جزيئات الماء هو 27 أ) في المادة العضوية بسبب وجود جزيئات ثقوب فيه ، وكذلك micropores على واجهة الألياف - الراتنج والعيوب الهيكلية الأخرى. إذا كانت المسام المجهرية ودون المجهرية والشقوق والشعيرات الدموية تعتمد بشكل أساسي على أسباب تكنولوجية وكانت عشوائية بطبيعتها ، فإن الثقوب بين الجزيئات تكون دائمًا متأصلة في المواد العضوية. لذلك ، بالنسبة للبوليمرات ذات الأقطار الجزيئية الكبيرة ، لا يمكن تجنب نفاذية بخار الماء بشكل أساسي. بالنسبة للبوليمرات ذات البنية البلورية ، والهيدروكربونات البلورية المشبعة والبوليمرات الصلبة منخفضة القطبية ، فإن كمية الرطوبة الممتصة ستكون ضئيلة.
بالنسبة للأيونات متعددة الذرات (على سبيل المثال ، لـ MnO) ، يُفترض أن يكون نصف القطر الأيوني مساويًا لنصف القطر البلوري ، وبالنسبة للأيونات أحادية الذرة ، يُضاف قطر جزيء الماء إلى نصف القطر البلوري.
لا تقل سماكة غشاء الماء المربوط بأقصى سعة رطوبة جزيئية عن 0005-001 ميكرون ، وهو ما يعادل حوالي 20-40 أقطارًا من جزيئات الماء.
هيلمهولتز عام 1853. كان يعتقد أن الطبقة الكهربائية المزدوجة تتكون من طبقتين من الشحنات ذات الإشارة المعاكسة ، وتقع على مسافة ترتيب قطر جزيء الماء من بعضها البعض: طبقة من الشحنات على المعدن وطبقة من تنجذب إليها الأيونات. في الوقت نفسه ، كان من المفترض أن الشحنات في كلتا الطبقتين تنتشر بالتساوي على طول السطح ، بحيث يمكن رسم تشابه كامل بين طبقة مزدوجة ومكثف مسطح عادي.
إذا افترضنا أن قطر أيون الهيدرونيوم يساوي قطر جزيء الماء ، فإن المسافة بين أيوني نبتونيوم ستكون مساوية لـ 10 3 A باستخدام القيم الواردة في عمل Coen و Sullivan و Amis و Hyndman لنصف قطر أيونات النبتونيوم وقطر جزيء الماء.
اقترح هيلمهولتز أول نموذج أبسط لطبقة كهربائية مزدوجة في عام 1853. وفقًا لهيلمهولتز ، تتكون الطبقة المزدوجة عند السطح البيني بين قطب كهربائي معدني ومحلول من طبقتين من الشحنات تقعان على مسافة من قطر القطر. جزيء ماء. توجد طبقة واحدة من الشحنات على المعدن ، والأخرى في محلول وتتكون من أيونات مشحونة معاكسة تنجذب إلى القطب. وتجدر الإشارة على الفور إلى أن افتراض وجود شحنة ملطخة صالح فقط للبطانة المعدنية. بالنسبة للوحة الأيونية ، يكون ذلك أفضل ، وكلما كان المحلول أكثر تركيزًا وزادت كثافة الشحن على الألواح.
وبالتالي ، فإن نظرية بورن هي تقدير أولي جيد ، بالطبع ، إذا لم نعتبر أن نصف القطر الفعال للأيونات يتم اعتباره قيمًا ، كما أشار إيلي وإيفانز ، تتجاوز نصف القطر في البلورة بواسطة نصف قطر جزيئات الماء أو ذرة الأكسجين. يمكن أن يكون التحسين في النظرية الكهروستاتيكية البسيطة هو النظر في بنية الماء الشبيهة بالكوارتز بدلاً من عازل متجانس. في هذه الحالة ، من الضروري إدخال شروط طاقة إضافية تأخذ في الاعتبار تفاعل الأيون مع ثنائيات أقطاب المذيب والتنافر بين الجزيئات ، والذي يزداد مع تغيير اتجاه ثنائيات أقطاب المذيب بالقرب من الأيون.
تبين 82 ، 83 أن المساهمة الرئيسية في الطاقة الحرة لنظام المذيبات متعدد الببتيد تتم من خلال التفاعلات مع أقرب جزيئات المذيب. بشكل تقريبي ، إذا كان d هو قطر جزيء الماء ، فعند المسافات بين الزوجين المعتبرين من الذرات rd / o (/ o هو مجموع نصف قطر van der Waals الخاص بهم) ، يتم إزاحة جزيئات الماء وتصبح المساهمة في الطاقة الحرة صفر. من ناحية أخرى ، إذا قربنا ذرة واحدة من أخرى ، فسوف تزيح عددًا معينًا من جزيئات المذيب المتناسبة مع حجم هذه الذرة U ، ولكن إذا أصبحت المسافة أقل من d r0 ، فإن كمية المذيب المزاح سوف عمليا لا تزيد. قاد هذا النوع من التفكير جيبسون وشيراغ للبحث عن تعبيرات تحليلية لطاقة الماء.
بناءً على افتراض أن جسيمات المرحلة الصلبة مغطاة بطبقة جزيئية أحادية من الماء ، يتم تحديد كمية الماء المرتبط بالامتزاز. يجب أن يكون سمك الطبقة أحادية الجزيء مساويًا لقطر جزيء الماء (h 2 76 10-8 سم) ، نظرًا لأن كل ذرة أكسجين محاطة رباعي السطوح بأربع ذرات أكسجين أخرى على مسافة 2 76 أ.
بالنسبة للمعادن التي يبلغ قطرها الذري 2 76 A ، يكون الجهد الزائد للهيدروجين هو الأصغر ، ويكون الجهد الزائد للأكسجين هو الأكبر. تتطابق القيمة 2 76 A مع قطر جزيء الماء. يزيد الحشو الأكثر كثافة لسطح القطب مع ثنائيات أقطاب الماء من التدرج المحتمل في الطبقة القريبة من القطب.
ترتبط الطبقة الجزيئية للماء بشدة بالمرحلة الصلبة للتربة. يمكن أن يصل سمك طبقة الامتزاز متعدد الجزيئات إلى عدة مئات من الأقطار من جزيئات الماء. عندما تبتعد عن المرحلة الصلبة ، تصبح رابطة الماء أقل قوة. تشكل الصفوف الأولى من الجزيئات ماءًا مرتبطًا بإحكام أو مائيًا. كلما زاد تشتت التربة ، سيتم امتصاص المزيد من الماء. تصل كثافة المياه المسترطبة إلى 1 4 جم / سم 3 ، ولا تحتوي على مواد مذابة ، ولا تستطيع توصيل الكهرباء والتحرك في التربة. تحدد كمية الماء التي يمكن أن تحتفظ بها التربة أو التربة عند درجة حرارة معينة ورطوبة الهواء محتوى الرطوبة في التربة.

أتاحت البيانات المتعلقة باعتماد شدة تشتت الأشعة السينية في الماء على الزاوية بين الإشعاع المتناثر وشعاع الأشعة الساقط إظهار أنه في أقرب بيئة لكل جزيء ماء في سائل ما يوجد في المتوسط ​​4 4 - 4 8 جزيئات ماء ، والتي تتفق بشكل عام مع ما قاله برنال بالفعل.ومع ذلك ، فإن فكرة فاولر عن التركيب الرباعي السطوح للماء على مسافات قريبة جدًا ، مشوهة إلى حد ما مقارنة بالبنية البلورية للجليد. لا يزال هذا الهيكل موجودًا على مسافة حوالي 16 أقطارًا من جزيء الماء من الجزيء الذي يعتبر هو الجزيء المركزي ، ولكن بالفعل على مسافة 08 نانومتر ، يختفي ترتيب التركيب السائل عمليًا. تكون قوة الروابط الهيدروجينية في الماء السائل أقل مما هي عليه في بلورة الجليد ، ويمكن أن تنثني هذه الروابط بشكل كبير وتتمدد دون أن تنكسر عندما يدور أحد الجزيئات بالنسبة إلى آخر مشارك في رابطة الهيدروجين.
أتاحت البيانات المتعلقة باعتماد شدة تشتت الأشعة السينية في الماء على الزاوية بين الإشعاع المتناثر وشعاع الأشعة الساقط إظهار أنه في أقرب بيئة لكل جزيء ماء في سائل ما يوجد في المتوسط ​​4 4 - 4 8 جزيئات ماء ، والتي تتفق بشكل عام مع ما سبق ذكره من قبل فكرة برنال وفاولر عن التركيب الرباعي السطوح للماء على مسافات قريبة جدًا ، ومع ذلك ، فإنها مشوهة إلى حد ما مقارنة بالبنية البلورية للجليد. لا يزال هذا الهيكل موجودًا على مسافة حوالي 16 أقطارًا من جزيء الماء من الجزيء الذي يعتبر هو الجزيء المركزي ، ولكن بالفعل على مسافة 08 نانومتر ، يختفي ترتيب التركيب السائل عمليًا. تكون قوة الروابط الهيدروجينية في الماء السائل أقل مما هي عليه في بلورة الجليد ، ويمكن أن تنثني هذه الروابط بشكل كبير وتتمدد دون أن تنكسر عندما يدور أحد الجزيئات بالنسبة إلى آخر مشارك في رابطة الهيدروجين.
معادلة بورن (IV.25) ، التي لا تأخذ في الاعتبار تفاعل المتبرع والمتقبل لأيون مع مذيب ، تعطي نتيجة غير دقيقة عند حساب إجمالي طاقة الماء ، لكنها مناسبة تمامًا لحساب طاقة الترطيب الثانوي . لحساب DO ، في المعادلة (IV.25) يجب استبدال نصف قطر مركب الهيدرات ، والذي سيتشكل من نصف قطر الأيون وقطر جزيء الماء ، Nai.
لم يتم تحديد سمك طبقة الماء المسترطب بشكل صارم. يعتبر معظم الباحثين أن هذه الطبقة متعددة الجزيئات ، لذلك ، وفقًا لـ B.V. Deryagin ، يبلغ سمكها 23-27 قطرًا من جزيئات الماء.
لكن؛ مع زيادته أو نقصانه ، يزداد الجهد الزائد بشكل طبيعي. لفت خوموتوف في أعماله اللاحقة الانتباه إلى حقيقة أن المسافة بين الذرات التي يكون عندها الجهد الزائد في حده الأدنى قريبة من قطر جزيء الماء ، واقترح طريقة نموذجية لحساب المعامل ب في صيغة هافل.
متساوي الامتزاز رباعي - MI9PVOD9b مع طاقة قريبة من الصوديوم metploctaybenzenesulfonate kJ / mol. قيمة المحاليل المائية عند درجة حرارة - يتجاوز الأخير انخفاضًا قدره 25 درجة مئوية على الهباء الجوي. الطاقة الحرة المولية. يبلغ طول الجذر الهيدروكربوني لهذا الأيون 18 1 أ ، وقطر المجموعة القطبية في محلول مائي عند C9 CCMC هو 8 88 أ ، وقطر جزيء الماء 3 1 أ.
تم وصف هيكل الطبقة الكهربائية المزدوجة في واجهة المحلول المعدني لأول مرة من قبل العالم الروسي R. قطر جزيء الماء. تتكون البطانة الخارجية من طبقة من الأيونات الممتصة. أظهروا أن الحركة الحرارية تؤدي إلى امتزاز جزء من الأيونات من سطح المعدن (الشكل 49) 1 ، والتي تشكل طبقة منتشرة (مبعثرة). يتم ضغط الأخير إلى سمك معين بواسطة المجال الكهربائي للمعدن المشحون. يتناقص سمكه مع زيادة شحنة المعدن وتركيز الأيونات في المحلول ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. سماكة طبقة الامتزاز تساوي نصف قطر الأيونات المميهة. تكون الطبقة المنتشرة غائبة إذا كان المعدن لا يحمل شحنة كهربائية زائدة ، وكذلك في محاليل الإلكتروليت المركزة.
تعتمد الخصائص الفيزيائية للألياف المحبة للماء ، مثل الصوف والشعر والنايلون والحرير الصناعي ، بشكل كبير على كمية الماء الممتز. ترجع هذه التغييرات في خصائص الألياف إلى قابلية الاستقطاب العالية للماء (وبالتالي القيم الكبيرة للعزم ثنائي القطب المستحث) ، وقدرة جزيء الماء على تكوين روابط هيدروجينية قوية نسبيًا ، وصغر حجمها نسبيًا - يبلغ قطر جزيء الماء حوالي 27 أ.
حافظة بلاستيكية. بالإضافة إلى ذلك ، يعد الماء مادة نشطة كيميائيًا تعزز تكوين محاليل الأملاح والأحماض والقلويات والمحاليل الغروية. نظرًا لأن قطر جزيئات الماء يبلغ 3 أ ، فإن الرطوبة قادرة على اختراق المسام الدقيقة والشقوق الدقيقة في المواد والأغشية الواقية.
الرسم البياني لوظيفة التوزيع. إن نجاحات العلم الحديث في هذا المجال تسمح لنا بالتأكيد على أن كلا من أحجام وكتل الجزيئات الفردية راسخة. إذا تخيلنا بشكل مشروط جزيئات على شكل كرات ، فإن أقطارها في معظم الحالات ستكون عدة أنجسترومات. على سبيل المثال ، قطر جزيء الماء (H2O) هو 2 6-10-10 م 2 6 أ.
إن أهم القوى التي تحدد طاقة امتصاص الأسمنت هي القوى الكهروستاتيكية للتفاعل بين أيونات سطح الجسيمات وثنائيات أقطاب الماء. هذه القوى لها نصف قطر ضئيل من العمل ، لا يتجاوز عدد قليل من الأنجستروم. على مسافات من سطح الجسيم أكبر من قطر جزيئات الماء ، تُستكمل قوى التفاعل بالاستقطاب أو التشتت لقوى فان دير فالس بسبب ثنائيات الأقطاب اللحظية الناشئة عن حركة الإلكترونات في الجزيء.
إذا كانت قوى تفاعل جزيئات الماء مع مادة أكبر من قوى تفاعل جزيئات الماء مع بعضها البعض ، فإن الماء سوف يبلل هذه المادة جيدًا. إذا كانت هناك عيوب هيكلية على سطح المادة تتناسب مع قطر جزيء الماء (0 29 نانومتر) ، فيمكن لجزيئات الماء أن تخترق حجم المادة ، وفي وجود نفس المسامية (عيب) في حجم المادة ، سوف ينتشر وفقًا لآلية الانتشار المنشط ، على غرار غازات الانتشار. زجاج السيليكات قادر على امتصاص بخار الماء بحرية تامة ، نظرًا لأن حجم العيوب فيها يتراوح من 0.7 إلى 1.7 نانومتر.

معادلة بورن (IV.25) ، التي لا تأخذ في الاعتبار تفاعل المتبرع والمتقبل لأيون مع مذيب ، تعطي نتيجة غير دقيقة عند حساب إجمالي طاقة الماء ، لكنها مناسبة تمامًا لحساب طاقة الترطيب الثانوي . لحساب DO ، يجب استبدال نصف قطر مجمع الهيدرات في المعادلة (IV.25) ، وهو مجموع نصف قطر الأيون وقطر جزيء الماء.
مخطط الترتيب النسبي للطائرات المقابلة للانقطاعات في السماحية (r 0 و r Aj) ، وامتصاص الأيونات (r r وأقرب تقريب للأيونات غير الممتصة (r h. ونتيجة لذلك ، مراكز جميع الممتزات يجب أن تقع الأيونات في نفس المستوى (غالبًا ما يشار إليها باسم طائرة هيلمهولتز الداخلية) على مسافة z0 من سطح القطب الكهربائي ، ومن ناحية أخرى ، تحتفظ الأيونات التي لا يمكن امتصاصها أو التي لم يتم امتصاصها بقوة بعد بقشرة واحدة من الماء على الأقل الجزيئات: يجب أن تكون مسافة أقرب اقتراب لها من السطح ، والتي يُشار إليها بـ hQ ، مساوية تقريبًا لمجموع نصف القطر الأيوني وجزيئات الماء ذات القطر.
أنشأ Kobozev (1947) وكذلك Bockris (1951) العلاقة بين وظيفة عمل الإلكترون والجهد الزائد للهيدروجين. وجد Khomutov (1950) ، بمقارنة حجم الجهد الزائد للهيدروجين مع الحد الأدنى للمسافة بين الذرات في المعادن ، أن أصغر جهد زائد لوحظ في المعادن ذات المسافة بين الذرات ؛ حوالي 27 أ ؛ مع زيادته أو نقصانه ، يزداد الجهد الزائد بشكل طبيعي. لفت خوموتوف في أعماله اللاحقة الانتباه إلى حقيقة أن المسافة بين الذرات التي يكون عندها الجهد الزائد في حده الأدنى قريبة من قطر جزيء الماء ، واقترح طريقة نموذجية لحساب المعامل ب في صيغة تافيل.
وجد Khomutov (1950) ، بمقارنة الجهد الزائد للهيدروجين مع الحد الأدنى للمسافة بين الذرات في المعادن ، أن أصغر جهد زائد لوحظ في المعادن ذات المسافة بين الذرية القريبة من 27 A ؛ مع زيادته أو نقصانه ، يزداد الجهد الزائد بشكل طبيعي. في أعماله اللاحقة ، لفت الانتباه إلى حقيقة أن المسافة بين الذرات التي يكون عندها الجهد الزائد في حده الأدنى قريبة من قطر جزيء الماء ، واقترح طريقة نموذجية لحساب المعامل b في صيغة تافيل.
لم يتم إعطاء التعبير النهائي للدالة / (t) بسبب شكلها المرهق. من خلال تعيين قيم مختلفة لـ i ، من خلال المعادلتين (23.14) و (23.15) ، من الممكن تحديد القيمتين C و 0 المناظرتين لبعضهما البعض ، وبالتالي ، إنشاء منحنى C ، φ0. عند الحساب ، تم افتراض أن KG تساوي 20 μF / cm2 ، Kt تساوي 38 μF / cm ، ومتوسط ​​سماكة الطبقة الكثيفة d تم أخذها مساوية لقطر جزيء الماء.
لم يتم إعطاء التعبير النهائي للدالة / (tyi) بسبب مظهرها غير العملي. من خلال تعيين قيم مختلفة لـ r ، وفقًا للمعادلتين (23.14) و (23.15) ، من الممكن تحديد القيمتين C و 0 المناظرتين لبعضهما البعض ، وبالتالي إنشاء منحنى C ، φ0. كان من المفترض في الحساب أن Ki0 2Q F / m2 ، / Cr0 38 f / m2 ، ومتوسط ​​سماكة الطبقة الكثيفة d تم أخذها مساوية لقطر جزيء الماء.

الكتلة المولية للماء:

إذا كانت الجزيئات في السائل معبأة بإحكام وكل منها يتناسب مع مكعب من الحجم الخامس 1مع ضلع د، ومن بعد .

حجم جزيء واحد: ، حيث: Vmخلد واحد لاهو رقم أفوجادرو.

حجم مول واحد من السائل: ، حيث: م-كتلته المولية هي كثافته.

قطر الجزيء:

الحساب لدينا:

الوزن الجزيئي النسبي للألمنيوم السيد = 27. تحديد خصائصه الجزيئية الرئيسية.

1- الكتلة المولية للألمنيوم: M = Mr. 10 -3 م = 27. 10-3

لا نعرف ما إذا كانت درجة حرارة الهواء في الفقاعة تبقى كما هي. إذا كانت هي نفسها ، فإن عملية الصعود توصف بالمعادلة pV = const. إذا تغير ، ثم المعادلة pV / T = const.

دعونا نقدر ما إذا كنا نرتكب خطأ كبير إذا أهملنا التغيير في درجة الحرارة.

لنفترض أن لدينا أكثر النتائج غير مواتية ، دع الجو يكون شديد الحرارة ودرجة حرارة الماء على سطح الخزان تصل إلى +25 0 درجة مئوية (298 كلفن). في الجزء السفلي ، لا يمكن أن تكون درجة الحرارة أقل من +4 0 درجة مئوية (277 كلفن) ، لأن درجة الحرارة هذه تتوافق مع أقصى كثافة للماء. وبالتالي ، فإن فرق درجة الحرارة هو 21 كلفن. بالنسبة لدرجة الحرارة الأولية ، هذه القيمة ٪٪ ، ومن غير المحتمل أن نلتقي بمثل هذا الخزان ، فرق درجة الحرارة بين السطح والقاع الذي يساوي القيمة المحددة. بالإضافة إلى ذلك ، ترتفع الفقاعة بسرعة كافية ومن غير المرجح أن يكون لديها وقت للتسخين الكامل أثناء الصعود. وبالتالي ، سيكون الخطأ الحقيقي أصغر بكثير ويمكننا إهمال التغير في درجة حرارة الهواء تمامًا في الفقاعة واستخدام قانون Boyle-Mariotte لوصف العملية: ص 1 فولت 1 \ u003d ص 2 فولت 2, أين: ص 1- ضغط الهواء في الفقاعة في العمق ح (ص 1 = ص atm. + rgh) ، ص 2هو ضغط الهواء في الفقاعة بالقرب من السطح. ص 2 = ص الصراف الآلي.

(p atm + rgh) V = p atm 2V ؛ ؛

الزجاج المقلوب مملوء بالهواء. تنص المشكلة على أن الزجاج يبدأ في الغرق على عمق معين فقط. على ما يبدو ، إذا تم إطلاقه على عمق أقل من بعض العمق الحرج ، فسوف يطفو (من المفترض أن الزجاج يقع بشكل عمودي تمامًا ولا ينقلب).

يتميز المستوى ، الذي يطفو فوقه الزجاج ، والذي يغوص تحته ، بتكافؤ القوى المطبقة على الزجاج من جوانب مختلفة.

القوى المؤثرة على الزجاج في الاتجاه الرأسي هي قوة الجاذبية الهابطة وقوة الطفو الصاعدة.

ترتبط قوة الطفو بكثافة السائل الذي يوضع فيه الزجاج وحجم السائل المزاح بواسطته.

تتناسب قوة الجاذبية المؤثرة على الزجاج بشكل مباشر مع كتلته.

ويترتب على سياق المشكلة أنه مع غرق الزجاج ، تقل القوة الصاعدة. يمكن أن يحدث انخفاض في قوة الطفو فقط بسبب انخفاض حجم السائل المزاح ، نظرًا لأن السوائل غير قابلة للضغط عمليًا ، كما أن كثافة الماء على السطح وفي بعض العمق هي نفسها.

يمكن أن يحدث انخفاض في حجم السائل المزاح بسبب ضغط الهواء في الزجاج ، والذي يمكن أن يحدث بدوره بسبب زيادة الضغط. يمكن تجاهل التغير في درجة الحرارة مع غرق الزجاج إذا لم نكن مهتمين بدقة عالية جدًا للنتيجة. تم تقديم التبرير المقابل في المثال السابق.

يعبر قانون بويل ماريوت عن العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه عند درجة حرارة ثابتة.

يزداد ضغط المائع مع العمق وينتقل في جميع الاتجاهات ، بما في ذلك الصعود ، بالتساوي.

يتناسب الضغط الهيدروستاتيكي طرديًا مع كثافة السائل وارتفاعه (عمق الغمر).

بعد تدوين المعادلة التي تميز حالة توازن الزجاج على أنها المعادلة الأولية ، واستبدالها على التوالي بالتعبيرات التي تم العثور عليها أثناء تحليل المشكلة وحل المعادلة الناتجة فيما يتعلق بالعمق المطلوب ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه من أجل للحصول على إجابة عددية ، نحتاج إلى معرفة قيم كثافة الماء والضغط الجوي وكتلة الزجاج وحجمه وتسارع السقوط الحر.

يمكن عرض جميع الأسباب المذكورة أعلاه على النحو التالي:

نظرًا لعدم وجود بيانات في نص المهمة ، فسنقوم بتعيينها بأنفسنا.

معطى:

كثافة الماء ص = 10 3 كجم / م 3.

الضغط الجوي 10 5 باسكال.

حجم الزجاج 200 مل = 200. 10 -3 لتر \ u003d 2. 10-4 م 3.

كتلة الزجاج 50 جم = 5. 10 -2 كجم

تسارع السقوط الحر g = 10 m / s 2.

الحل العددي:

يمكن تصنيف مشكلة رفع البالون ، مثل مشكلة غرق الزجاج ، على أنها مشكلة ثابتة.

ستبدأ الكرة في الارتفاع بنفس طريقة غرق الزجاج ، بمجرد انتهاك مساواة القوى المطبقة على هذه الأجسام والموجهة لأعلى ولأسفل. تخضع الكرة ، مثل الزجاج ، لقوة الجاذبية الموجهة لأسفل وقوة الطفو الموجهة لأعلى.

ترتبط قوة الطفو بكثافة الهواء البارد المحيط بالكرة. يمكن العثور على هذه الكثافة من معادلة Mendeleev-Clapeyron.

تتناسب قوة الجاذبية طرديا مع كتلة الكرة. كتلة الكرة ، بدورها ، تتكون من كتلة القشرة وكتلة الهواء الساخن بداخلها. يمكن أيضًا العثور على كتلة الهواء الساخن من معادلة مندليف-كلابيرون.

من الناحية التخطيطية ، يمكن عرض المنطق على النحو التالي:

من المعادلة ، يمكن للمرء التعبير عن القيمة المرغوبة ، وتقدير القيم المحتملة للكميات اللازمة للحصول على حل رقمي للمشكلة ، واستبدال هذه الكميات في المعادلة الناتجة والعثور على الإجابة في شكل رقمي.

1. التعبير عن كتلة الغاز في النظام الدولي للوحدات.

2. ما هو الوزن الجزيئي النسبي لهذا الغاز؟

3. ما هي الكتلة المولية لهذا الغاز (في SI)؟

4. ما هي كمية المادة الموجودة في الوعاء؟

5. كم عدد جزيئات الغاز في الوعاء؟

6. ما كتلة جزيء واحد من غاز معين؟

7. قم بتسمية العمليات في الأقسام 1-2 ، 2-3 ، 3-1.

8. حدد حجم الغاز عند النقاط 1 ، 2 ، 3 ، 4 في مل ، لتر ، م 3.

9. حدد درجة حرارة الغاز عند النقاط 1 ، 2 ، 3 ، 4 عند 0 درجة مئوية ، ك.

10. حدد ضغط الغاز عند النقاط 1 ، 2 ، 3 ، 4 بوصات. RT. فن. ، أجهزة الصراف الآلي ، بنسلفانيا.

11. ارسم هذه العملية على رسم بياني للضغط مقابل درجة الحرارة المطلقة.

12. ارسم هذه العملية على الرسم البياني للضغط مقابل الحجم.

تعليمات الحل:

1. انظر الحالة.

2. يتم تحديد الوزن الجزيئي النسبي لعنصر باستخدام الجدول الدوري.

3. م = م ص 10 -3 كجم / مول.

7. ص= const - متساوي الضغط ؛ الخامس= const-isochoric ؛ تي= const - متساوي الحرارة.

8. 1 م 3 \ u003d 10 3 لتر ؛ 1 لتر \ u003d 10 3 مل. 9. تي = تي+ 273.10.1 أجهزة الصراف الآلي. = 10 5 باسكال = 760 مم زئبق. فن.

8-10. يمكنك استخدام معادلة Mendeleev-Clapeyron ، أو قوانين الغاز الخاصة بـ Boyle-Mariotte ، و Gay-Lussac ، و Charles.

إجابات على المشكلة

م = 0.2 كجم
م ص = 4
م = 4 10 -3 كجم / مول
ن = 50 مول
العدد = 3 10 25
م = 6.7 10-27 كجم
1-2 - متساوي الضغط
2 - 3 - متساوي الصدر
3-1 - متساوي الحرارة
№	مل	ل	م 3
	2 10 5		0,2
	7 10 5		0,7
	7 10 5		0,7
	4 10 5		0,4
№	0 درجة مئوية	إلى
№	مم زئبق.	ماكينة الصراف الآلي	بنسلفانيا
	7.6 10 3		10 6
	7.6 10 3		10 6
	2.28 10 3		0.3 10 6
	3.8 10 3		0.5 10 6