Ukuran molekul klorin dalam mikron. Bagaimana ukuran molekul mempengaruhi gaya tarik menarik? Klorin adalah polutan air yang paling licik.

Ketika dua atau lebih atom masuk ke dalam ikatan kimia satu sama lain, molekul terbentuk. Tidak masalah apakah atom-atom ini sama atau sama sekali berbeda satu sama lain baik dalam bentuk maupun ukuran. Kami akan mencari tahu berapa ukuran molekul itu dan bergantung pada apa.

Apa itu molekul?

Selama ribuan tahun, para ilmuwan telah berspekulasi tentang misteri kehidupan, tentang apa yang sebenarnya terjadi pada asalnya. Menurut budaya paling kuno, kehidupan dan segala sesuatu di dunia ini terdiri dari unsur-unsur dasar alam - bumi, udara, angin, air, dan api. Namun, seiring berjalannya waktu, banyak filsuf mulai mengemukakan gagasan bahwa segala sesuatu terdiri dari hal-hal kecil yang tak terpisahkan yang tidak dapat diciptakan dan dihancurkan.

Akan tetapi, baru setelah munculnya teori atom dan kimia modern, para ilmuwan mulai mendalilkan bahwa partikel-partikel yang tergabung bersama memunculkan blok bangunan dasar dari semua benda. Beginilah istilah itu muncul, yang dalam konteks teori partikel modern mengacu pada satuan massa terkecil.

Menurut definisi klasiknya, molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat yang membantu menjaga sifat kimia dan fisiknya. Ini terdiri dari dua atau lebih atom, serta kelompok atom yang sama atau berbeda yang disatukan oleh gaya kimia.

Berapa ukuran molekulnya? Di kelas 5, sejarah alam (mata pelajaran sekolah) hanya memberikan gambaran umum tentang ukuran dan bentuk, masalah ini dipelajari lebih detail dalam pelajaran kimia sekolah menengah.

Contoh molekul

Molekul bisa sederhana atau kompleks. Berikut beberapa contohnya:

• H 2 O (air);
• N 2 (nitrogen);
• O 3 (ozon);
• CaO (kalsium oksida);
• C 6 H 12 O 6 (glukosa).

Molekul yang terdiri dari dua unsur atau lebih disebut senyawa. Jadi, air, kalsium oksida dan glukosa adalah komposit. Tidak semua senyawa adalah molekul, tetapi semua molekul adalah senyawa. Seberapa besar mereka? Berapa ukuran molekul? Sudah diketahui fakta bahwa hampir segala sesuatu di sekitar kita terdiri dari atom (kecuali cahaya dan suara). Berat total mereka akan menjadi massa molekul.

Massa molekul

Ketika berbicara tentang ukuran molekul, kebanyakan ilmuwan memulai dari berat molekul. Ini adalah berat total dari semua atom penyusunnya:

• Air, terdiri dari dua atom hidrogen (masing-masing memiliki satu satuan massa atom) dan satu atom oksigen (16 satuan massa atom), memiliki berat molekul 18 (lebih tepatnya, 18,01528).
• Glukosa memiliki berat molekul 180.
• DNA yang sangat panjang dapat memiliki berat molekul sekitar 1010 (perkiraan berat satu kromosom manusia).

Pengukuran dalam nanometer

Selain massa, kita juga bisa mengukur seberapa besar molekul dalam satuan nanometer. Satu unit air berdiameter sekitar 0,27 Nm. DNA berdiameter hingga 2 nm dan dapat meregang hingga beberapa meter panjangnya. Sulit membayangkan bagaimana dimensi seperti itu dapat ditampung dalam satu sel. Rasio panjang-ke-tebalan DNA luar biasa. Ini adalah 1/100.000.000, seperti rambut manusia sepanjang lapangan sepak bola.

Bentuk dan ukuran

Berapa ukuran molekulnya? Mereka datang dalam berbagai bentuk dan ukuran. Air dan karbon dioksida termasuk yang terkecil, protein termasuk yang terbesar. Molekul adalah unsur-unsur yang tersusun dari atom-atom yang saling terhubung satu sama lain. Memahami penampakan molekul secara tradisional merupakan bagian dari ilmu kimia. Terlepas dari perilaku kimianya yang sangat aneh, salah satu karakteristik penting dari molekul adalah ukurannya.

Di mana bisa sangat berguna untuk mengetahui seberapa besar molekul itu? Jawaban atas pertanyaan ini dan banyak pertanyaan lainnya membantu di bidang nanoteknologi, karena konsep robot nano dan material cerdas harus berurusan dengan efek ukuran dan bentuk molekul.

Berapa ukuran molekulnya?

Di kelas 5, ilmu pengetahuan alam tentang topik ini hanya memberikan informasi umum bahwa semua molekul tersusun dari atom-atom yang bergerak acak secara konstan. Di sekolah menengah, Anda sudah bisa melihat rumus struktur di buku pelajaran kimia yang menyerupai bentuk molekul sebenarnya. Namun, tidak mungkin mengukur panjangnya dengan penggaris biasa, dan untuk melakukan ini, Anda perlu mengetahui bahwa molekul adalah benda tiga dimensi. Gambar mereka di atas kertas adalah proyeksi ke bidang dua dimensi. Panjang molekul diubah oleh ikatan panjang sudutnya. Ada tiga yang utama:

• Sudut tetrahedron adalah 109° ketika semua ikatan atom ini dengan semua atom lainnya adalah tunggal (hanya satu garis putus-putus).
• Sudut segi enam adalah 120 ° ketika satu atom memiliki satu ikatan rangkap dengan atom lain.
• Sudut garis adalah 180° ketika sebuah atom memiliki dua ikatan rangkap atau satu ikatan rangkap tiga dengan atom lain.

Sudut aktual seringkali berbeda dari sudut ini karena berbagai efek harus diperhitungkan, termasuk interaksi elektrostatis.

Bagaimana membayangkan ukuran molekul: contoh

Berapa ukuran molekulnya? Di kelas 5, jawaban atas pertanyaan ini, seperti yang telah kami katakan, bersifat umum. Anak sekolah tahu bahwa ukuran sambungan ini sangat kecil. Misalnya, jika Anda mengubah molekul pasir dalam satu butir pasir menjadi butiran pasir utuh, maka di bawah massa yang dihasilkan Anda dapat menyembunyikan sebuah rumah dengan lima lantai. Berapa ukuran molekulnya? Jawaban singkatnya, yang juga lebih ilmiah, adalah sebagai berikut.

Berat molekul disamakan dengan perbandingan massa seluruh zat dengan jumlah molekul dalam zat tersebut, atau perbandingan massa molar dengan konstanta Avogadro. Satuan ukurannya adalah kilogram. Berat molekul rata-rata adalah 10 -23 -10 -26 kg. Mari kita ambil air, misalnya. Berat molekulnya adalah 3 x 10 -26 kg.

Bagaimana ukuran molekul mempengaruhi gaya tarik menarik?

Bertanggung jawab atas tarikan antar molekul adalah gaya elektromagnetik, yang memanifestasikan dirinya melalui tarikan lawan dan tolakan muatan serupa. Gaya elektrostatik yang ada di antara muatan berlawanan mendominasi interaksi antar atom dan antar molekul. Gaya gravitasi sangat kecil dalam hal ini sehingga dapat diabaikan.

Dalam hal ini, ukuran molekul mempengaruhi gaya tarik melalui awan elektron dari distorsi acak yang terjadi selama distribusi elektron molekul. Dalam kasus partikel non-polar yang hanya menunjukkan interaksi van der Waals atau gaya dispersi yang lemah, ukuran molekul memiliki efek langsung pada ukuran awan elektron yang mengelilingi molekul tertentu. Semakin besar, semakin besar medan bermuatan yang mengelilinginya.

Awan elektron yang lebih besar berarti lebih banyak interaksi elektronik dapat terjadi antara molekul tetangga. Akibatnya, satu bagian molekul mengembangkan muatan parsial positif sementara, sementara bagian lainnya mengembangkan muatan negatif. Ketika ini terjadi, molekul dapat mempolarisasi awan elektron tetangganya. Daya tarik terjadi karena sisi positif parsial dari satu molekul tertarik ke sisi negatif parsial molekul lainnya.

Kesimpulan

Jadi berapa ukuran molekulnya? Dalam ilmu alam, seperti yang kami temukan, orang hanya dapat menemukan gagasan kiasan tentang massa dan ukuran partikel terkecil ini. Tetapi kita tahu bahwa ada senyawa sederhana dan kompleks. Dan yang kedua dapat mencakup hal seperti makromolekul. Ini adalah unit yang sangat besar, seperti protein, yang biasanya dibuat oleh polimerisasi subunit yang lebih kecil (monomer). Mereka biasanya terdiri dari ribuan atom atau lebih.

Kikoin A.K. Metode sederhana untuk menentukan ukuran molekul // Kvant. - 1983. - No. 9. - C.29-30.

Dengan persetujuan khusus dengan dewan redaksi dan editor jurnal "Kvant"

Dalam fisika molekuler, "aktor" utama adalah molekul, partikel kecil yang tak terbayangkan yang membentuk semua zat di dunia. Jelas bahwa untuk mempelajari banyak fenomena, penting untuk mengetahui apa itu, molekul. Secara khusus, apa dimensi mereka.

Ketika berbicara tentang molekul, mereka biasanya dianggap sebagai bola kecil, elastis, dan keras. Oleh karena itu, mengetahui ukuran molekul berarti mengetahui jari-jarinya.

Terlepas dari kecilnya ukuran molekul, fisikawan telah berhasil mengembangkan banyak cara untuk menentukannya. Fisika 9 berbicara tentang dua di antaranya. Seseorang mengeksploitasi properti beberapa (sangat sedikit) cairan untuk menyebar dalam bentuk film setebal satu molekul. Di lain, ukuran partikel ditentukan dengan menggunakan perangkat yang kompleks - proyektor ion.

Namun, ada cara yang sangat sederhana, meskipun bukan yang paling akurat, untuk menghitung jari-jari molekul (atau atom), didasarkan pada fakta bahwa molekul suatu zat, ketika berada dalam keadaan padat atau cair, dapat dianggap berdekatan satu sama lain. Dalam hal ini, untuk perkiraan kasar, kita dapat mengasumsikan volumenya V beberapa massa m substansi sama dengan jumlah volume molekul yang terkandung di dalamnya. Kemudian kita mendapatkan volume satu molekul dengan membagi volumenya V per jumlah molekul N.

Jumlah molekul dalam tubuh massa m sama dengan \(~N_a \frac(m)(M)\), di mana M- massa molar zat N A adalah bilangan Avogadro. Oleh karena itu volumenya V 0 dari satu molekul ditentukan dari persamaan

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

Ungkapan ini mencakup perbandingan volume suatu zat dengan massanya. Hubungan terbalik \(~\frac(m)(V) = \rho\) adalah kerapatan materi, sehingga

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

Kepadatan hampir semua zat dapat ditemukan di tabel yang dapat diakses oleh semua orang. Massa molar mudah ditentukan jika rumus kimia zat tersebut diketahui.

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

dari mana kita mendapatkan ekspresi untuk jari-jari molekul:

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

Yang pertama dari dua akar ini adalah nilai konstanta yang sama dengan ≈ 7,4 10 -9 mol 1/3, jadi rumusnya r mengambil formulir

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

Misalnya, jari-jari molekul air yang dihitung menggunakan rumus ini adalah r B ≈ 1,9 10 -10 m.

Metode yang dijelaskan untuk menentukan jari-jari molekul tidak dapat akurat, jika hanya karena bola tidak dapat diletakkan sedemikian rupa sehingga tidak ada celah di antara keduanya, meskipun keduanya bersentuhan satu sama lain. Selain itu, dengan "pengemasan" molekul bola seperti itu, gerakan molekuler menjadi tidak mungkin. Namun demikian, perhitungan ukuran molekul menurut rumus yang diberikan di atas memberikan hasil yang hampir sama dengan hasil metode lain, yang jauh lebih akurat.

BAB 4 KELAS INFORMASI AWAL TENTANG STRUKTUR ZAT

Memecahkan masalah pada topik ini akan membantu siswa mengembangkan konsep awal tentang struktur molekul zat.

Dalam tugas-tugas, pertama-tama perlu dipertimbangkan fakta-fakta semacam itu, penjelasan ilmiahnya pasti mengarah pada gagasan bahwa benda terdiri dari partikel terkecil - molekul.

Selanjutnya, sejumlah masalah harus diselesaikan yang memberikan konsep ukuran molekul, serta sifat, pergerakan, dan interaksinya. Karena persiapan matematika siswa yang tidak mencukupi, sebagian besar tugas harus berkualitas tinggi.

Perhatian yang cukup juga harus diberikan pada masalah eksperimental. Siswa dapat melakukan tugas percobaan sederhana di rumah.

Informasi yang diperoleh tentang struktur molekul zat kemudian digunakan untuk menjelaskan perbedaan antara zat padat, cair dan gas.

1. Keberadaan molekul. Ukuran molekul

Berguna untuk mengklarifikasi dan memperdalam konsep awal molekul dan ukurannya dengan bantuan tugas yang memberikan foto molekul yang diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron.

Memecahkan masalah yang menunjukkan struktur kompleks molekul adalah opsional. Tetapi dalam rencana pengantar, terutama di kelas dengan prestasi akademik yang kuat, 2-3 tugas dapat dipertimbangkan, menunjukkan bahwa molekul zat kompleks terdiri dari partikel yang lebih kecil - atom.

Seiring dengan masalah kualitatif, dimungkinkan untuk memberikan tugas untuk perhitungan sederhana dari ukuran molekul absolut dan relatif.

43. Gambar 11 menunjukkan foto partikel padat yang diambil dengan mikroskop elektron. Yang

Beras. 11. (lihat pindaian)

dapat ditarik kesimpulan berdasarkan foto ini tentang struktur benda padat? Dengan menggunakan skala yang ditunjukkan pada foto, tentukan ukuran satu partikel - sebuah molekul.

Larutan. Perhatian tertuju pada fakta bahwa semua molekul adalah sama, tersusun dalam benda padat dalam urutan tertentu dan memiliki kemasan yang begitu padat sehingga hanya celah kecil yang tersisa di antara mereka.

Untuk menentukan diameter molekul, jumlahnya (50) dihitung pada jarak tertentu 0,00017 cm, dan, dengan menghitung, mereka menemukan bahwa diameter molekul kira-kira 0,000003 cm.

Anda perlu memberi tahu siswa bahwa ini adalah molekul raksasa. Molekul air, misalnya, memiliki diameter sekitar seratus kali lebih kecil.

44. Mikroskop optik memungkinkan untuk membedakan objek berukuran sekitar 0,00003 cm Apakah mungkin untuk melihat setetes air dalam mikroskop seperti itu, dengan diameter yang sesuai dengan seratus, seribu, satu juta molekul? Diameter molekul air kira-kira

Oleh karena itu, dalam mikroskop optik, seseorang hanya dapat melihat setetes air, yang diameternya setidaknya 1000 kali lebih besar dari diameter molekul air. Molekul air sendiri tidak dapat dilihat dengan mikroskop optik.

45. Jumlah molekul di udara pada tekanan normal dan 0°C adalah . Dengan asumsi bahwa diameter satu molekul gas kira-kira 0,00000003 cm, hitung berapa panjang "manik-manik" itu jika semua molekul ini dapat dirangkai dengan erat pada benang yang tidak terlihat.

Menjawab. 8 juta km.

46(e). Celupkan dua tabung reaksi terbalik ke dalam air dan letakkan di dalamnya kabel telanjang yang menempel pada kutub baterai Amati gelembung gas dan periksa komposisinya dengan bantuan serpihan bercahaya. Dari mana gas berasal?

Larutan. Dengan pembakaran yang terang dari serpihan di satu tabung reaksi dan kilatan di tabung lain, disimpulkan bahwa oksigen ada di satu tabung reaksi, dan hidrogen di tabung lainnya.

Mereka menjelaskan bahwa gas muncul selama penguraian molekul air. Akibatnya, sifat-sifat molekul ketika dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil tidak dipertahankan. Siswa dapat diberitahu bahwa air terurai menjadi oksigen dan hidrogen juga ketika uap air dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi.

Diameter molekul air kira-kira 0,0000,000 Scm.
Diameter molekul air, dihitung menggunakan bilangan Avogadro, adalah tiga angstrom. Kepastian seperti itu secara objektif melekat pada molekul zat apa pun. Ini berarti bahwa struktur bertindak sebagai susunan spasial partikel dalam molekul.
Diameter molekul air adalah 0 29 nm (2 9 A), yang sebanding dengan ukuran pori dan cacat pada sebagian besar bahan non-logam. Ini menentukan kemampuan penetrasinya yang agak tinggi, terutama pada material silikat berpori dan komposit.
Diameter molekul air hanya 2 5 10 - 10 m, dan uap air melewati pori-pori terkecil. Bahan padat dan tidak berpori tidak memungkinkan uap air melewatinya dan tidak higroskopis. Ini termasuk kaca-keramik, kaca alkali rendah, keramik kedap vakum, resin epoksi dan polimer non-polar.
Fiberglass pada pengikat epoksi-poliester setelah 9 jam mendidih dalam air suling.| Struktur fiberglass tahan kimia berdasarkan resin PN-16 setelah terpapar selama 1000 jam I dalam air mendidih (7500 jam. Jika diameter molekul air adalah 0 276 nm, maka diameter atmosfer ionik, yang menentukan efektifitas ukuran ion dalam larutan NaCl 0 6%, adalah sekitar 1 nm Peningkatan konsentrasi larutan elektrolit menyebabkan peningkatan ketebalan atmosfer ionik.
Diameternya di tempat pemuaian melebihi diameter molekul air. Mencairnya es disertai dengan putusnya ikatan antara beberapa molekul dan kegagalannya ke dalam saluran struktur es. Peningkatan suhu disertai dengan penghancuran struktur lebih lanjut.
Pada permukaan yang terakhir, sebuah film tipis terbentuk dengan ketebalan dua atau tiga diameter molekul air. Ketika itu terjadi, itu melepaskan panas pembasahan.
Dengan ketebalan lapisan kelembaban yang diserap sama dengan 10 - 30 diameter molekul air, menurut BV Deryagin, lapisan solvat terbentuk dengan sedikit atau tanpa pelepasan panas. Lapisan ini, seperti yang ditunjukkan F. E. Kolyasev, juga memiliki sifat fisik dan kimia yang anomali dibandingkan dengan cairan curah.
Hal ini disebabkan material memiliki struktur berpori dan ukuran pori melebihi diameter molekul air. Selain itu, kapiler terbentuk di sepanjang terminal elemen pada antarmuka antara bahan dengan koefisien muai panjang yang berbeda.
Air yang terikat secara fisik ditahan di permukaan partikel mineral oleh gaya adhesi molekuler dan memiliki bentuk lapisan tertipis hingga beberapa ratus diameter molekul air.
Ketebalan lapisan air pada permukaan bervariasi antara 0 5 - 3 0 - 10 6 cm Jika kita memperhitungkan bahwa diameter molekul air adalah 33, maka lapisan rata-rata air sama dengan 100 molekul adalah terbentuk di permukaan. Untuk membuat lapisan anti air pada permukaan keramik, perlu menahan lapisan air yang terbentuk pada kelembaban relatif 60 - 90% selama 4 jam.
Air di bebatuan. Perairan yang terikat ditahan di permukaan partikel mineral batuan oleh gaya adhesi molekuler, membentuk lapisan, yang ketebalannya dapat mencapai beberapa ratus diameter molekul air. Bagian luar, besar, dari lapisan ini diwakili oleh air yang terikat secara longgar (lyosorbed).

Seperti dapat dilihat dari tabel, rasio R - r, m, e, jarak antara dua bola kompleks hidrat dengan diameter molekul air 2ga, dalam banyak kasus sama dengan satu, atau R - r - 2ra; dengan kata lain, dalam kompleks seperti itu, molekul air mengelilingi ion pusat, yang terletak di sekitar cangkang, setebal molekul, dalam satu lapisan.
Ketebalan lapisan air pada permukaan bervariasi antara 0 5 - 3 0 - 10 - 6 cm Jika kita memperhitungkan bahwa diameter molekul air adalah 3A, maka lapisan air rata-rata sama dengan 100 molekul terbentuk di permukaan. Untuk membuat lapisan anti air pada permukaan keramik, perlu menahan lapisan air yang terbentuk pada kelembaban relatif 60 - 90% selama 4 jam.
Selain itu, untuk ekstrapolasi ke r oo, fungsi invers dari r hanya tidak dapat digunakan karena pengaruh suku yang ditentukan oleh jari-jari atau diameter molekul air. Perhitungan entalpi hidrasi yang lebih lengkap, mirip dengan yang diusulkan oleh Buckingham, yang memperhitungkan istilah yang terkait dengan interaksi ion-dipol, dipol-dipol dan dipol-kuadrupol dan pengaruh momen dipol yang diinduksi, menghasilkan lebih banyak lagi eksponen kompleks dari fungsi timbal balik dari jari-jari ion . Halliwell dan Nyburg juga melakukan perhitungan yang agak lebih elegan berdasarkan kemungkinan bilangan koordinasi 6 atau 4 dalam cangkang hidrasi utama dan model bola keras dan bola lunak untuk kontak pelarut ion.
Penyerapan kelembaban dari sistem heterogen seperti fiberglass dapat dianggap sebagai dua sisi dari satu proses - penetrasi media bergerak dengan molekul berdiameter kecil (diameter molekul air adalah 27 A) ke dalam bahan organik karena adanya molekul lubang di dalamnya, serta mikropori pada antarmuka serat - resin dan cacat struktural lainnya. Jika pori-pori mikroskopis dan submikroskopik, retakan dan kapiler terutama bergantung pada alasan teknologi dan bersifat acak, maka lubang antarmolekul selalu melekat pada bahan organik. Oleh karena itu, untuk polimer dengan diameter molekul besar, permeabilitas uap air pada dasarnya tidak dapat dihindari. Untuk polimer dengan struktur kristal, hidrokarbon jenuh kristal, dan polimer dengan polaritas rendah yang kaku, jumlah uap air yang diserap dapat diabaikan.
Untuk ion poliatomik (misalnya, untuk MnO), jari-jari ion diasumsikan sama dengan jari-jari kristalografi, dan untuk ion monoatomik, diameter molekul air ditambahkan ke jari-jari kristalografi.
Ketebalan film air terikat pada kapasitas kelembaban molekul maksimum tidak kurang dari 0005 - 001 mikron, yang sesuai dengan sekitar 20 - 40 diameter molekul air.
Helmholtz pada tahun 1853. Dia percaya bahwa lapisan listrik ganda terdiri dari dua lapisan muatan dengan tanda yang berlawanan, terletak pada jarak urutan diameter molekul air satu sama lain: lapisan muatan pada logam dan lapisan ion tertarik padanya. Pada saat yang sama, diasumsikan bahwa muatan di kedua lapisan ini tersebar merata di sepanjang permukaan, sehingga analogi lengkap dapat ditarik antara lapisan ganda dan kapasitor datar biasa.
Jika kita mengasumsikan bahwa diameter ion hidronium sama dengan diameter molekul air, maka jarak antara dua ion neptunium akan sama dengan 10 3 A menggunakan nilai yang diberikan dalam karya Coen, Sullivan, Amis dan Hyndman untuk jari-jari ion neptunium dan diameter molekul air.
Model paling sederhana dari lapisan listrik ganda diusulkan oleh Helmholtz pada tahun 1853. Menurut Helmholtz, lapisan ganda pada antarmuka antara elektroda logam dan larutan terdiri dari dua lapisan muatan yang terletak pada jarak urutan diameter molekul air. Satu lapisan muatan ada pada logam, yang lain dalam larutan dan terdiri dari ion bermuatan berlawanan yang tertarik ke elektroda. Harus segera dicatat bahwa asumsi muatan yang dioleskan hanya berlaku untuk lapisan logam. Untuk pelat ionik, semakin baik, semakin pekat larutannya dan semakin tinggi kerapatan muatan pada pelat.
Jadi, teori Born adalah pendekatan pertama yang baik, tentu saja, jika kita tidak menganggap bahwa jari-jari efektif ion dianggap sebagai nilai yang, seperti yang ditunjukkan oleh Ely dan Evans, melebihi jari-jari dalam kristal dengan setengah diameter molekul air atau atom oksigen. Sebuah perbaikan pada teori elektrostatik sederhana dapat mempertimbangkan struktur air seperti kuarsa daripada dielektrik yang homogen. Dalam hal ini, perlu untuk memperkenalkan istilah energi tambahan yang memperhitungkan interaksi ion dengan dipol pelarut dan tolakan antarmolekul, yang meningkat dengan perubahan orientasi dipol pelarut di dekat ion.
Ditunjukkan 82, 83 bahwa kontribusi utama pada energi bebas dari sistem pelarut polipeptida dibuat oleh interaksi dengan molekul pelarut terdekat. Secara kasar, jika d adalah diameter molekul air, maka pada jarak antara pasangan atom yang dianggap rd / o (/ o adalah jumlah jari-jari van der Waals), molekul air dipindahkan dan kontribusi energi bebas menjadi nol. Di sisi lain, jika kita mendekatkan satu atom ke atom lain, maka itu akan memindahkan sejumlah molekul pelarut sebanding dengan volume atom U ini, tetapi jika jaraknya menjadi kurang dari d r0, maka jumlah pelarut yang dipindahkan akan praktis tidak meningkat. Penalaran semacam ini membuat Gibson dan Sherag mencari ekspresi analitis untuk energi hidrasi.
Berdasarkan asumsi bahwa partikel fase padat ditutupi dengan lapisan air monomolekuler, jumlah air terikat adsorpsi ditentukan. Ketebalan lapisan monomolekul harus sama dengan diameter molekul air (h 2 76 10 - 8 cm), karena setiap atom oksigen dikelilingi secara tetrahedral oleh empat atom oksigen lainnya pada jarak 2 76 A.
Untuk logam dengan diameter atom 2 76 A, tegangan lebih hidrogen adalah yang terkecil, dan tegangan lebih oksigen adalah yang terbesar. Nilai 2 76 A bertepatan dengan diameter molekul air. Pengisian terpadat permukaan elektroda dengan dipol air meningkatkan gradien potensial di lapisan dekat elektroda.
Lapisan molekul air terikat paling kuat pada fase padat tanah. Ketebalan lapisan adsorpsi polimolekul dapat mencapai beberapa ratus diameter molekul air. Saat Anda menjauh dari fase padat, ikatan air menjadi kurang kuat. Baris pertama molekul membentuk air yang terikat erat atau higroskopis. Semakin tersebar tanah, semakin banyak air yang diserap. Air higroskopis mencapai kerapatan 1 4 g/cm3, tidak mengandung zat terlarut, tidak mampu menghantarkan listrik dan bergerak di dalam tanah. Jumlah air yang dapat ditampung tanah atau tanah pada suhu dan kelembapan udara tertentu menentukan kadar air higroskopis tanah.

Data tentang ketergantungan intensitas hamburan sinar-X dalam air pada sudut antara radiasi yang tersebar dan berkas sinar yang datang memungkinkan untuk menunjukkan bahwa di lingkungan terdekat setiap molekul air dalam cairan rata-rata terdapat 4 4 ​​- 4 8 molekul air, yang secara umum setuju dengan apa yang telah dikatakan Bernal dan gagasan Fowler tentang struktur tetrahedral air pada jarak yang sangat dekat, bagaimanapun, agak terdistorsi dibandingkan dengan struktur kristal es. Struktur ini masih ada pada jarak kira-kira 16 diameter molekul air dari molekul yang dianggap pusat, tetapi sudah pada jarak 08 nm, susunan struktur cairan praktis menghilang. Kekuatan ikatan hidrogen dalam air cair kurang dari pada kristal es, dan ikatan ini dapat ditekuk dan diregangkan secara signifikan tanpa putus ketika satu molekul berputar relatif terhadap molekul lain yang terlibat dalam ikatan hidrogen.
Data tentang ketergantungan intensitas hamburan sinar-X dalam air pada sudut antara radiasi yang tersebar dan berkas sinar yang datang memungkinkan untuk menunjukkan bahwa di lingkungan terdekat setiap molekul air dalam cairan rata-rata terdapat 4 4 ​​- 4 8 molekul air, yang secara umum sesuai dengan apa yang telah dikemukakan oleh gagasan Bernal dan Fowler tentang struktur tetrahedral air pada jarak yang sangat dekat, namun agak terdistorsi dibandingkan dengan struktur kristal es. Struktur ini masih ada pada jarak kira-kira 16 diameter molekul air dari molekul yang dianggap pusat, tetapi sudah pada jarak 08 nm, susunan struktur cairan praktis menghilang. Kekuatan ikatan hidrogen dalam air cair kurang dari pada kristal es, dan ikatan ini dapat ditekuk dan diregangkan secara signifikan tanpa putus ketika satu molekul berputar relatif terhadap molekul lain yang terlibat dalam ikatan hidrogen.
Persamaan Born (IV.25), yang tidak memperhitungkan interaksi donor-akseptor ion dengan pelarut, memberikan hasil yang tidak akurat saat menghitung energi hidrasi total, tetapi cukup cocok untuk menghitung energi hidrasi sekunder . Untuk menghitung DO, pada persamaan (IV.25) harus mensubstitusi jari-jari kompleks hidrat, yang akan terbentuk dari jari-jari ion dan diameter molekul air, Nai.
Ketebalan lapisan air higroskopis tidak ditentukan secara ketat. Sebagian besar peneliti menganggap lapisan ini polimolekul, jadi menurut B.V. Deryagin, ketebalannya adalah 23 - 27 diameter molekul air.
TETAPI; dengan kenaikan atau penurunannya, tegangan lebih secara alami meningkat. Khomutov dalam karya selanjutnya menarik perhatian pada fakta bahwa jarak interatomik di mana tegangan lebih minimal mendekati diameter molekul air, dan mengusulkan metode model untuk menghitung koefisien b dalam rumus Hafel.
Isoterm adsorpsi tetra - MI9PVOD9b Dengan energi mendekati natrium metploctaybenzenesulfonate kJ/mol. Nilai larutan berair pada suhu - yang terakhir melebihi penurunan 25e C pada aerosil. energi bebas molar. Panjang radikal hidrokarbon ion ini adalah 18 1 A, diameter gugus polar dalam larutan berair pada C9 CCMC adalah 8 88 A, dan diameter molekul air adalah 3 1 A.
Struktur lapisan listrik ganda pada antarmuka larutan logam pertama kali dijelaskan oleh ilmuwan Rusia R. A. Colley pada tahun 1878. Menurut idenya, lapisan ganda mirip dengan kapasitor datar, yang pelatnya terletak pada jarak diameter molekul air. Lapisan luar dibentuk oleh lapisan ion teradsorpsi. Mereka menunjukkan bahwa gerakan termal mengarah pada desorpsi sebagian ion dari permukaan logam (Gbr. 49) 1, yang membentuk lapisan difus (tersebar). Yang terakhir dikompresi hingga ketebalan tertentu oleh medan listrik dari logam bermuatan. Ketebalannya menurun dengan peningkatan muatan logam dan konsentrasi ion dalam larutan dan meningkat dengan peningkatan suhu. Ketebalan lapisan adsorpsi sama dengan jari-jari ion terhidrasi. Lapisan difus tidak ada jika logam tidak membawa muatan listrik berlebih, serta dalam larutan elektrolit pekat.
Sifat fisik serat hidrofilik, seperti wol, rambut, nilon, rayon, sangat bergantung pada jumlah air yang terserap. Perubahan sifat serat ini disebabkan oleh polarisasi air yang tinggi (dan, akibatnya, nilai momen dipol induksi yang besar), kemampuan molekul air untuk membentuk ikatan hidrogen yang relatif kuat, dan ukurannya yang relatif kecil - diameter molekul air kira-kira 27 A.
Kotak plastik. Selain itu, air adalah zat aktif secara kimiawi yang mendorong pembentukan larutan garam, asam, alkali, larutan koloid. Karena diameter molekul air adalah 3 A, uap air dapat menembus mikropori dan celah mikro dalam bahan dan film pelindung.
Grafik fungsi distribusi. Keberhasilan sains modern di bidang ini memungkinkan kita untuk menegaskan bahwa ukuran dan massa molekul individu sudah mapan. Jika kita membayangkan molekul secara kondisional dalam bentuk bola, maka diameternya dalam banyak kasus akan menjadi beberapa angstrom. Misalnya, diameter molekul air (H2O) adalah 2 6 - 10 - 10 m 2 6 A.
Gaya terpenting yang menentukan energi adsorpsi semen adalah gaya elektrostatik interaksi antara ion permukaan partikel dan dipol air. Gaya-gaya ini memiliki radius aksi yang tidak signifikan, tidak melebihi beberapa angstrom. Pada jarak dari permukaan partikel yang lebih besar dari diameter molekul air, gaya interaksi ditambah dengan gaya polarisasi atau dispersi van der Waals karena dipol sesaat yang timbul karena pergerakan elektron dalam suatu molekul.
Jika gaya interaksi molekul air dengan suatu material lebih besar daripada gaya interaksi molekul air satu sama lain, maka air akan membasahi material tersebut dengan baik. Jika terdapat cacat struktural pada permukaan bahan yang sepadan dengan diameter molekul air (0 29 nm), maka molekul air dapat menembus ke dalam volume bahan dan, dengan adanya porositas (kecacatan) yang sama. dalam volume material, akan berdifusi sesuai dengan mekanisme difusi aktif, mirip dengan gas difusi. Gelas silikat mampu menyerap uap air dengan bebas sepenuhnya, karena ukuran cacat di dalamnya berkisar antara 0,7 hingga 1,7 nm.

Persamaan Born (IV.25), yang tidak memperhitungkan interaksi donor-akseptor ion dengan pelarut, memberikan hasil yang tidak akurat saat menghitung energi hidrasi total, tetapi cukup cocok untuk menghitung energi hidrasi sekunder . Untuk menghitung DO, jari-jari kompleks hidrat harus disubstitusi ke dalam persamaan (IV.25), yaitu jumlah jari-jari ion dan diameter molekul air.
Skema pengaturan relatif bidang yang sesuai dengan diskontinuitas dalam permitivitas (r 0 dan r Aj), adsorpsi ion (r r0 dan perkiraan terdekat dari ion yang tidak teradsorpsi (r h. Akibatnya, pusat dari semua yang teradsorpsi ion harus terletak pada bidang yang sama (sering disebut sebagai bidang Helmholtz internal) pada jarak z0 dari permukaan elektroda. Di sisi lain, ion yang tidak dapat diserap atau belum diserap dengan kuat mempertahankan setidaknya satu kulit air molekul.Jarak pendekatan terdekat mereka ke permukaan, yang dilambangkan dengan hQ, harus kira-kira sama dengan jumlah jari-jari ionik dan diameter molekul air.
Kobozev (1947) dan juga Bockris (1951) menetapkan hubungan antara fungsi kerja elektron dan tegangan lebih hidrogen. Khomutov (1950), membandingkan besarnya tegangan lebih hidrogen dengan jarak minimum antara atom dalam logam, menemukan bahwa tegangan lebih terkecil diamati pada logam dengan jarak antar atom; sekitar 27 A; dengan kenaikan atau penurunannya, tegangan lebih secara alami meningkat. Khomutov dalam karya selanjutnya menarik perhatian pada fakta bahwa jarak interatomik di mana tegangan lebih minimal mendekati diameter molekul air, dan mengusulkan metode model untuk menghitung koefisien b dalam rumus Tafel.
Khomutov (1950), membandingkan tegangan lebih hidrogen dengan jarak minimum antara atom dalam logam, menemukan bahwa tegangan lebih terkecil diamati pada logam dengan jarak antar atom mendekati 27 A; dengan kenaikan atau penurunannya, tegangan lebih secara alami meningkat. Dalam karya selanjutnya, dia menarik perhatian pada fakta bahwa jarak antar atom di mana tegangan lebih minimal mendekati diameter molekul air, dan mengusulkan metode model untuk menghitung koefisien b dalam rumus Tafel.
Ekspresi akhir untuk fungsi /(t) tidak diberikan karena bentuknya yang tidak praktis. Dengan menetapkan nilai ij yang berbeda, dengan persamaan (23.14) dan (23.15) dimungkinkan untuk menentukan nilai C dan φ0 yang sesuai satu sama lain dan, dengan demikian, membuat kurva C, φ0. Saat menghitung, diasumsikan bahwa KG adalah 20 μF/cm2, Kt adalah 38 μF/cm, dan ketebalan rata-rata lapisan padat d diambil sama dengan diameter molekul air.
Ekspresi akhir untuk fungsi / (tyi) tidak diberikan karena bentuknya yang berat. Dengan menetapkan nilai r yang berbeda, menurut persamaan (23.14) dan (23.15), dimungkinkan untuk menentukan nilai C dan φ0 yang bersesuaian satu sama lain dan, dengan demikian, membuat kurva C, φ0. Diasumsikan dalam perhitungan bahwa Ki0 2Q F/m2, /Cr0 38 f/m2, dan ketebalan rata-rata lapisan padat d diambil sama dengan diameter molekul air.

Massa molar air:

Jika molekul-molekul dalam cairan dikemas rapat dan masing-masingnya cocok dengan volume kubus V 1 dengan tulang rusuk d, kemudian .

Volume satu molekul: , di mana: Vm satu mol N A adalah bilangan Avogadro.

Volume satu mol cairan: , di mana: M- massa molarnya adalah densitasnya.

Diameter Molekul:

Menghitung, kami memiliki:

Berat molekul relatif aluminium Mr=27. Tentukan karakteristik molekul utamanya.

1. Massa molar aluminium: M=Mr. 10 -3 M = 27. 10-3

Kita tidak tahu apakah suhu udara di dalam gelembung tetap sama. Jika sama, maka proses pendakian dijelaskan dengan persamaan pV=konst. Jika berubah, maka persamaan pV/T=konst.

Mari kita perkirakan apakah kita membuat kesalahan besar jika kita mengabaikan perubahan suhu.

Misalkan kita mendapatkan hasil yang paling tidak menguntungkan, biarkan cuaca sangat panas dan suhu air di permukaan waduk mencapai +25 0 C (298 K). Di bagian bawah, suhu tidak boleh lebih rendah dari +4 0 C (277 K), karena suhu ini sesuai dengan kepadatan maksimum air. Jadi, perbedaan suhunya adalah 21K. Sehubungan dengan suhu awal, nilai ini adalah %%.Tidak mungkin kita akan menemukan reservoir seperti itu, perbedaan suhu antara permukaan dan dasarnya sama dengan nilai yang disebutkan. Selain itu, gelembung naik cukup cepat dan kecil kemungkinannya selama pendakian gelembung akan memiliki waktu untuk pemanasan penuh. Dengan demikian, kesalahan sebenarnya akan jauh lebih kecil dan kita dapat sepenuhnya mengabaikan perubahan suhu udara di dalam gelembung dan menggunakan hukum Boyle-Mariotte untuk menjelaskan prosesnya: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, di mana: p1- tekanan udara dalam gelembung di kedalaman h (p 1 = p atm. + rgh), p 2 adalah tekanan udara dalam gelembung dekat permukaan. p 2 = p atm.

(p atm + rgh)V = p atm 2V; ;

Gelas yang terbalik diisi dengan udara. Masalahnya menyatakan bahwa kaca mulai tenggelam hanya pada kedalaman tertentu. Ternyata, jika dilepaskan pada kedalaman kurang dari beberapa kedalaman kritis, maka akan mengapung (diasumsikan bahwa kaca terletak secara vertikal dan tidak terbalik).

Level, di atas mana kaca mengapung, dan di bawahnya kaca tenggelam, dicirikan oleh persamaan gaya yang diterapkan pada kaca dari sisi yang berbeda.

Gaya yang bekerja pada kaca dalam arah vertikal adalah gaya gravitasi ke bawah dan gaya apung ke atas.

Gaya apung berhubungan dengan massa jenis zat cair tempat kaca diletakkan dan volume zat cair yang dipindahkan olehnya.

Gaya gravitasi yang bekerja pada kaca berbanding lurus dengan massanya.

Ini mengikuti dari konteks masalah bahwa saat kaca tenggelam, gaya ke atas berkurang. Penurunan gaya apung dapat terjadi hanya karena penurunan volume cairan yang dipindahkan, karena cairan praktis tidak dapat dimampatkan dan kerapatan air di permukaan dan di beberapa kedalaman adalah sama.

Penurunan volume cairan yang dipindahkan dapat terjadi karena kompresi udara di dalam kaca, yang pada gilirannya dapat terjadi karena peningkatan tekanan. Perubahan suhu saat kaca tenggelam dapat diabaikan jika kita tidak tertarik dengan akurasi hasil yang terlalu tinggi. Pembenaran yang sesuai diberikan dalam contoh sebelumnya.

Hubungan antara tekanan gas dan volumenya pada suhu konstan dinyatakan dengan hukum Boyle-Mariotte.

Tekanan fluida benar-benar meningkat dengan kedalaman dan ditransmisikan ke segala arah, termasuk ke atas, secara merata.

Tekanan hidrostatik berbanding lurus dengan kerapatan cairan dan tingginya (kedalaman perendaman).

Setelah menuliskan sebagai persamaan awal persamaan yang mencirikan keadaan kesetimbangan kaca, secara berturut-turut menggantikannya dengan ekspresi yang ditemukan selama analisis masalah dan menyelesaikan persamaan yang dihasilkan sehubungan dengan kedalaman yang diinginkan, kami sampai pada kesimpulan bahwa dalam rangka untuk mendapatkan jawaban numerik, kita perlu mengetahui nilai kerapatan air, tekanan atmosfer, massa kaca, volumenya, dan percepatan jatuh bebas.

Semua alasan di atas dapat ditampilkan sebagai berikut:

Karena tidak ada data dalam teks tugas, kami akan mengaturnya sendiri.

Diberikan:

Massa jenis air r=10 3 kg/m 3 .

Tekanan atmosfer 10 5 Pa.

Volume gelas adalah 200 ml = 200. 10 -3 l \u003d 2. 10 -4 m 3.

Massa gelas adalah 50 g = 5. 10 -2 kg.

Percepatan jatuh bebas g = 10 m/s 2 .

Solusi numerik:

Masalah mengangkat balon, seperti halnya masalah kaca yang tenggelam, dapat digolongkan sebagai masalah statis.

Bola akan mulai naik dengan cara yang sama seperti kaca tenggelam, segera setelah persamaan gaya yang diterapkan pada benda-benda ini dan diarahkan ke atas dan ke bawah dilanggar. Bola, seperti kaca, tunduk pada gaya gravitasi yang diarahkan ke bawah dan gaya apung yang diarahkan ke atas.

Gaya apung berhubungan dengan kerapatan udara dingin yang mengelilingi bola. Kepadatan ini dapat ditemukan dari persamaan Mendeleev-Clapeyron.

Gaya gravitasi berbanding lurus dengan massa bola. Massa bola, pada gilirannya, terdiri dari massa cangkang dan massa udara panas di dalamnya. Massa udara panas juga dapat dicari dari persamaan Mendeleev-Clapeyron.

Secara skematis, penalaran dapat ditampilkan sebagai berikut:

Dari persamaan tersebut, seseorang dapat mengungkapkan nilai yang diinginkan, memperkirakan nilai yang mungkin dari besaran yang diperlukan untuk mendapatkan solusi numerik dari masalah tersebut, mensubstitusikan besaran ini ke dalam persamaan yang dihasilkan dan menemukan jawabannya dalam bentuk numerik.

1. Nyatakan massa gas dalam SI.

2. Berapa berat molekul relatif gas ini?

3. Berapa massa molar gas ini (dalam SI)?

4. Berapa jumlah zat yang terkandung dalam bejana?

5. Berapa jumlah molekul gas di dalam bejana?

6. Berapa massa satu molekul gas tertentu?

7. Sebutkan proses pada bagian 1-2, 2-3, 3-1.

8. Tentukan volume gas di titik 1,2, 3, 4 dalam ml, l, m 3.

9. Tentukan suhu gas di titik 1,2, 3, 4 pada 0 C, K.

10. Tentukan tekanan gas di titik 1, 2, 3, 4 dalam mm. rt. Seni. , atm, pa.

11. Gambarkan proses ini pada grafik tekanan versus suhu absolut.

12. Gambarkan proses ini pada grafik tekanan versus volume.

Instruksi solusi:

1. Lihat kondisi.

2. Berat molekul relatif suatu unsur ditentukan dengan menggunakan tabel periodik.

3. M=M r 10 -3 kg/mol.

7. p=const - isobarik; V=const-isochoric; T= konstanta - isotermal.

8. 1 m 3 \u003d 10 3 l; 1 l \u003d 10 3 ml. 9. T = t+ 273.10.1 atm. \u003d 10 5 Pa \u003d 760 mm Hg. Seni.

8-10. Anda dapat menggunakan persamaan Mendeleev-Clapeyron, atau hukum gas Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.

Jawaban atas masalah

m = 0,2 kg
Mr = 4
M = 4 10 -3 kg/mol
n = 50 mol
N = 3 10 25
m = 6,7 10 -27 kg
1 - 2 - isobarik
2 - 3 - isokorik
3 - 1 - isotermal
№	ml	l	m 3
	2 10 5		0,2
	7 10 5		0,7
	7 10 5		0,7
	4 10 5		0,4
№	0 С	Ke
№	mmHg.	ATM	Pa
	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