Veľkosť molekuly chlóru v mikrónoch. Ako veľkosť molekuly ovplyvňuje príťažlivé sily? Chlór je najprefíkanejší z látok znečisťujúcich vodu.

Keď dva alebo viac atómov vstúpi do vzájomnej chemickej väzby, vytvoria sa molekuly. Nezáleží na tom, či sú tieto atómy rovnaké alebo či sú navzájom úplne odlišné tvarom aj veľkosťou. Zistíme, aká je veľkosť molekúl a na čom závisí.

Čo sú molekuly?

Po tisícročia vedci špekulovali o záhade života, o tom, čo presne sa deje pri jeho vzniku. Podľa najstarších kultúr sa život a všetko na tomto svete skladá zo základných prvkov prírody – zeme, vzduchu, vetra, vody a ohňa. Postupom času však mnohí filozofi začali presadzovať myšlienku, že všetky veci sa skladajú z maličkých, nedeliteľných vecí, ktoré nemožno vytvoriť a zničiť.

Až s príchodom atómovej teórie a modernej chémie však vedci začali predpokladať, že častice spolu dali vzniknúť základným stavebným kameňom všetkých vecí. Takto sa objavil termín, ktorý v kontexte modernej časticovej teórie označuje najmenšie jednotky hmotnosti.

Podľa klasickej definície je molekula najmenšia častica látky, ktorá pomáha udržiavať jej chemické a fyzikálne vlastnosti. Pozostáva z dvoch alebo viacerých atómov, ako aj skupín rovnakých alebo rôznych atómov, ktoré držia pohromade chemické sily.

Aká je veľkosť molekúl? V 5. ročníku dáva prírodopis (školský predmet) len všeobecnú predstavu o veľkostiach a tvaroch, táto problematika sa podrobnejšie študuje na hodinách chémie na strednej škole.

Príklady molekúl

Molekuly môžu byť jednoduché alebo zložité. Tu je niekoľko príkladov:

• H20 (voda);
• N2 (dusík);
• O3 (ozón);
• CaO (oxid vápenatý);
• C6H1206 (glukóza).

Molekuly zložené z dvoch alebo viacerých prvkov sa nazývajú zlúčeniny. Voda, oxid vápenatý a glukóza sú teda zložené. Nie všetky zlúčeniny sú molekuly, ale všetky molekuly sú zlúčeniny. Aké veľké môžu byť? Aká je veľkosť molekuly? Je známe, že takmer všetko okolo nás pozostáva z atómov (okrem svetla a zvuku). Ich celková hmotnosť bude hmotnosť molekuly.

Molekulová hmotnosť

Keď hovoríme o veľkosti molekúl, väčšina vedcov vychádza z molekulovej hmotnosti. Toto je celková hmotnosť všetkých atómov, z ktorých sa skladá:

• Voda, zložená z dvoch atómov vodíka (každý má jednu atómovú hmotnostnú jednotku) a jedného atómu kyslíka (16 atómových hmotnostných jednotiek), má molekulovú hmotnosť 18 (presnejšie 18,01528).
• Glukóza má molekulovú hmotnosť 180.
• DNA, ktorá je veľmi dlhá, môže mať molekulovú hmotnosť okolo 1010 (približná hmotnosť jedného ľudského chromozómu).

Meranie v nanometroch

Okrem hmotnosti vieme merať aj to, aké veľké sú molekuly v nanometroch. Jednotka vody má priemer približne 0,27 Nm. DNA má priemer až 2 nm a môže sa roztiahnuť až na dĺžku niekoľkých metrov. Je ťažké si predstaviť, ako sa takéto rozmery zmestia do jednej bunky. Pomer dĺžky k hrúbke DNA je úžasný. Je to 1/100 000 000, čo je dĺžka ľudského vlasu ako futbalové ihrisko.

Tvary a veľkosti

Aká je veľkosť molekúl? Prichádzajú v rôznych tvaroch a veľkostiach. Voda a oxid uhličitý patria k najmenším, bielkoviny k najväčším. Molekuly sú prvky zložené z atómov, ktoré sú navzájom spojené. Pochopenie vzhľadu molekúl je tradične súčasťou chémie. Okrem ich nepochopiteľne zvláštneho chemického správania je jednou z dôležitých vlastností molekúl ich veľkosť.

Kde môže byť obzvlášť užitočné vedieť, aké veľké sú molekuly? Odpoveď na túto a mnohé ďalšie otázky pomáha v oblasti nanotechnológií, keďže koncept nanorobotov a inteligentných materiálov sa nevyhnutne zaoberá účinkami veľkosti a tvaru molekúl.

Aká je veľkosť molekúl?

V 5. ročníku dáva prírodopis na túto tému len všeobecnú informáciu, že všetky molekuly sa skladajú z atómov, ktoré sú v neustálom náhodnom pohybe. Na strednej škole už môžete v učebniciach chémie vidieť štruktúrne vzorce, ktoré pripomínajú skutočný tvar molekúl. Nie je však možné zmerať ich dĺžku obyčajným pravítkom a na to musíte vedieť, že molekuly sú trojrozmerné objekty. Ich obraz na papieri je projekciou do dvojrozmernej roviny. Dĺžka molekuly sa mení väzbami dĺžok jej uhlov. Existujú tri hlavné:

• Uhol štvorstenu je 109°, keď sú všetky väzby tohto atómu na všetky ostatné atómy jednoduché (iba jedna pomlčka).
• Uhol šesťuholníka je 120°, keď jeden atóm má jednu dvojitú väzbu s iným atómom.
• Uhol čiary je 180°, keď má atóm buď dve dvojité väzby alebo jednu trojitú väzbu s iným atómom.

Skutočné uhly sa často líšia od týchto uhlov, pretože je potrebné vziať do úvahy rôzne účinky vrátane elektrostatických interakcií.

Ako si predstaviť veľkosť molekúl: príklady

Aká je veľkosť molekúl? V 5. ročníku sú odpovede na túto otázku, ako sme už povedali, všeobecného charakteru. Školáci vedia, že veľkosť týchto spojení je veľmi malá. Ak napríklad zmeníte molekulu piesku v jedinom zrnku piesku na celé zrnko piesku, potom pod výslednou hmotou môžete ukryť dom s piatimi poschodiami. Aká je veľkosť molekúl? Krátka odpoveď, ktorá je tiež vedeckejšia, je nasledovná.

Molekulová hmotnosť sa rovná pomeru hmotnosti celej látky k počtu molekúl v látke alebo pomeru molárnej hmotnosti k Avogadrovej konštante. Mernou jednotkou je kilogram. Priemerná molekulová hmotnosť je 10 -23 -10 -26 kg. Vezmime si napríklad vodu. Jeho molekulová hmotnosť bude 3 x 10 -26 kg.

Ako veľkosť molekuly ovplyvňuje príťažlivé sily?

Za príťažlivosť medzi molekulami je zodpovedná elektromagnetická sila, ktorá sa prejavuje priťahovaním opačných a odpudzovaním podobných nábojov. Elektrostatická sila, ktorá existuje medzi opačnými nábojmi, dominuje interakciám medzi atómami a medzi molekulami. Gravitačná sila je v tomto prípade taká malá, že ju možno zanedbať.

V tomto prípade veľkosť molekuly ovplyvňuje silu príťažlivosti cez elektrónový oblak náhodných skreslení, ktoré sa vyskytujú počas distribúcie elektrónov molekuly. V prípade nepolárnych častíc vykazujúcich len slabé van der Waalsove interakcie alebo disperzné sily má veľkosť molekúl priamy vplyv na veľkosť elektrónového mraku obklopujúceho špecifikovanú molekulu. Čím je väčší, tým väčšie je nabité pole, ktoré ho obklopuje.

Väčší elektrónový oblak znamená, že medzi susednými molekulami môže nastať viac elektronických interakcií. Výsledkom je, že jedna časť molekuly vyvíja dočasný kladný čiastočný náboj, zatiaľ čo druhá časť vyvíja záporný náboj. Keď sa to stane, molekula môže polarizovať elektrónový oblak susedného. K príťažlivosti dochádza, pretože čiastočná pozitívna strana jednej molekuly je priťahovaná k čiastočnej negatívnej strane druhej.

Záver

Aká je teda veľkosť molekúl? V prírodných vedách, ako sme zistili, možno nájsť iba obraznú predstavu o hmotnosti a veľkosti týchto najmenších častíc. Ale vieme, že existujú jednoduché a zložité zlúčeniny. A druhý môže zahŕňať niečo ako makromolekula. Ide o veľmi veľkú jednotku, napríklad bielkovinu, ktorá zvyčajne vzniká polymerizáciou menších podjednotiek (monomérov). Zvyčajne sa skladajú z tisícok atómov alebo viac.

Kikoin A.K. Jednoduchá metóda na určenie veľkosti molekúl // Kvant. - 1983. - č. 9. - C.29-30.

Po osobitnej dohode s redakčnou radou a redakciou časopisu "Kvant"

V molekulárnej fyzike sú hlavnými „aktérmi“ molekuly, nepredstaviteľne malé častice, ktoré tvoria všetky látky na svete. Je jasné, že pre štúdium mnohých javov je dôležité vedieť, čo sú to molekuly. Konkrétne aké sú ich rozmery.

Keď hovoríme o molekulách, zvyčajne sa považujú za malé, elastické, tvrdé guľôčky. Preto poznať veľkosť molekúl znamená poznať ich polomer.

Napriek malej veľkosti molekúl sa fyzikom podarilo vyvinúť mnoho spôsobov, ako ich určiť. Fyzika 9 hovorí o dvoch z nich. Využije sa vlastnosť niektorých (veľmi málo) kvapalín šíriť sa vo forme filmu s hrúbkou jednej molekuly. V inom sa veľkosť častíc určuje pomocou zložitého zariadenia - iónového projektora.

Existuje však veľmi jednoduchý, aj keď nie najpresnejší spôsob výpočtu polomerov molekúl (alebo atómov), ktorý je založený na skutočnosti, že molekuly látky, keď sú v pevnom alebo kvapalnom stave, možno považovať za tesne vedľa seba. V tomto prípade pre hrubý odhad môžeme predpokladať, že objem V nejakú omšu m látka sa jednoducho rovná súčtu objemov molekúl v nej obsiahnutých. Potom získame objem jednej molekuly delením objemu V na počet molekúl N.

Počet molekúl v hmotnom telese m sa rovná \(~N_a \frac(m)(M)\), kde M- molárna hmotnosť látky N A je Avogadrove číslo. Preto ten objem V 0 jednej molekuly sa určí z rovnosti

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

Tento výraz zahŕňa pomer objemu látky k jej hmotnosti. Inverzný vzťah \(~\frac(m)(V) = \rho\) je hustota hmoty, takže

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

Hustotu takmer akejkoľvek látky možno nájsť v tabuľkách prístupných pre všetkých. Molárnu hmotnosť je ľahké určiť, ak je známy chemický vzorec látky.

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

odkiaľ dostaneme výraz pre polomer molekuly:

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

Prvý z týchto dvoch koreňov je konštantná hodnota rovnajúca sa ≈ 7,4 10 -9 mol 1/3, takže vzorec pre r má formu

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

Napríklad polomer molekuly vody vypočítaný pomocou tohto vzorca je r B ≈ 1,9 10 -10 m.

Opísaný spôsob určovania polomerov molekúl nemôže byť presný, už len preto, že guľôčky nemožno položiť tak, aby medzi nimi neboli medzery, aj keď sú vo vzájomnom kontakte. Navyše, pri takomto „nabalení“ molekúl guľôčok by boli molekulárne pohyby nemožné. Napriek tomu výpočty veľkostí molekúl podľa vyššie uvedeného vzorca poskytujú výsledky, ktoré sa takmer zhodujú s výsledkami iných metód, ktoré sú neporovnateľne presnejšie.

KAPITOLA 4. TRIEDA POČIATOČNÝCH INFORMÁCIÍ O ŠTRUKTÚRE LÁTKY

Riešenie problémov na túto tému by malo pomôcť študentom vytvoriť počiatočné predstavy o molekulárnej štruktúre látok.

Pri úlohách je potrebné brať do úvahy predovšetkým také skutočnosti, ktorých vedecké vysvetlenie nevyhnutne vedie k myšlienke, že telesá pozostávajú z najmenších častíc - molekúl.

Ďalej by sa malo vyriešiť množstvo problémov, ktoré dávajú predstavu o veľkosti molekúl, ako aj o ich vlastnostiach, pohybe a interakcii. Vzhľadom na nedostatočnú matematickú prípravu žiakov by väčšina úloh mala byť kvalitná.

Značnú pozornosť treba venovať aj experimentálnym problémom. Žiaci môžu vykonávať jednoduché experimentálne úlohy doma.

Získané informácie o molekulárnej štruktúre látok sa potom využívajú na vysvetlenie rozdielu medzi pevným, kvapalným a plynným skupenstvom hmoty.

1. Existencia molekúl. Veľkosti molekúl

Východiskovú koncepciu molekúl a ich veľkostí je užitočné objasniť a prehĺbiť pomocou úloh, v ktorých sú uvedené fotografie molekúl získaných pomocou elektrónového mikroskopu.

Riešenie problémov, ktoré ukazujú zložitú štruktúru molekúl, je voliteľné. Ale v úvodnom pláne, najmä v triedach so silným akademickým výkonom, možno zvážiť 2-3 úlohy, ktoré ukazujú, že molekuly zložitých látok pozostávajú z menších častíc - atómov.

Spolu s kvalitatívnymi problémami je možné zadávať úlohy na jednoduché výpočty absolútnych a relatívnych veľkostí molekúl.

43. Obrázok 11 ukazuje fotografiu pevnej častice urobenú elektrónovým mikroskopom. Ktoré

Ryža. 11. (pozri sken)

možno na základe tejto fotografie vyvodiť záver o štruktúre pevného telesa? Pomocou mierky uvedenej na fotografii určte veľkosť jednej častice - molekuly.

Riešenie. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že všetky molekuly sú rovnaké, sú usporiadané v pevnom tele v určitom poradí a majú také husté balenie, že medzi nimi zostávajú len malé medzery.

Na určenie priemeru molekúl sa spočíta ich počet (50) v určenej vzdialenosti 0,00017 cm a výpočtom sa zistí, že priemer molekuly je približne 0,000003 cm.

Musíte študentom povedať, že ide o obrovskú molekulu. Napríklad molekula vody má priemer asi stokrát menší.

44. Optický mikroskop umožňuje rozlíšiť predmety veľké asi 0,00003 cm Je možné v takomto mikroskope vidieť kvapku vody, pozdĺž ktorej priemeru sa zmestí sto, tisíc, milión molekúl? Priemer molekuly vody je približne

Preto v optickom mikroskope možno vidieť len takú kvapku vody, ktorej priemer je minimálne 1000-krát väčší ako priemer molekuly vody. Samotné molekuly vody nie je možné vidieť optickým mikroskopom.

45. Počet molekúl vo vzduchu pri normálnom tlaku a 0°C je . Za predpokladu, že priemer jednej molekuly plynu je približne 0,00000003 cm, vypočítajte, aké dlhé by boli „guličky“, ak by sa všetky tieto molekuly dali pevne navliecť na neviditeľnú niť.

Odpoveď. 8 miliónov km.

46(e). Ponorte dve skúmavky hore dnom do vody a vložte do nich holé drôty pripevnené na póloch batérie.Pozorujte bubliny plynu a skúmajte ich zloženie pomocou žeravej triesky. Odkiaľ sa vzali plyny?

Riešenie. Jasným vyhorením úlomku v jednej skúmavke a zábleskom v druhej sa usudzuje, že v jednej skúmavke bol kyslík a v druhej vodík.

Vysvetľujú, že plyny sa objavili pri rozklade molekuly vody. V dôsledku toho sa nezachovajú vlastnosti molekuly, keď je rozdelená na menšie časti. Žiakom možno povedať, že voda sa rozkladá na kyslík a vodík aj vtedy, keď sa vodná para zahreje na veľmi vysokú teplotu.

Priemer molekuly vody je približne 0 000 000 scm.
Priemer molekuly vody, vypočítaný pomocou Avogadrovho čísla, je tri angstromy. Takáto istota je objektívne vlastná molekule akejkoľvek látky. To znamená, že štruktúra pôsobí ako priestorové usporiadanie častíc v molekule.
Priemer molekuly vody je 0 29 nm (2 9 A), čo je porovnateľné s veľkosťou pórov a defektov vo väčšine nekovových materiálov. To určuje jeho pomerne vysokú penetračnú schopnosť, najmä v poréznych silikátových materiáloch a kompozitoch.
Priemer molekuly vody je len 2 5 10 - 10 m a vodná para prechádza najmenšími pórmi. Husté, neporézne materiály neprepúšťajú vodnú paru a sú nehygroskopické. Patria sem sklokeramika, nízkoalkalické sklo, vákuotesná keramika, epoxidové živice a nepolárne polyméry.
Sklolaminát na epoxy-polyesterovom spojive po 9 hodinách varu v destilovanej vode.| Štruktúra chemicky odolného sklolaminátu na báze živice PN-16 po expozícii 1000 h I vo vriacej vode (7500 h. Ak je priemer molekuly vody 0 276 nm, potom priemer iónovej atmosféry, ktorý určuje efektívnu veľkosť iónov v roztoku 0 6 % NaCl , je asi 1 nm Zvýšenie koncentrácie roztoku elektrolytu spôsobuje zväčšenie hrúbky iónovej atmosféry.
Ich priemer v miestach expanzie presahuje priemer molekúl vody. Topenie ľadu je sprevádzané porušením väzieb medzi niektorými molekulami a ich prepadnutím do kanálikov štruktúry ľadu. Zvýšenie teploty je sprevádzané ďalšou deštrukciou konštrukcie.
Na ich povrchu sa vytvorí tenký film s hrúbkou dvoch alebo troch priemerov molekúl vody. Keď k nemu dôjde, uvoľňuje teplo zmáčania.
Pri hrúbke vrstvy adsorbovanej vlhkosti rovnajúcej sa 10 - 30 priemerom molekúl vody sa podľa BV Deryagina vytvorí vrstva solvátu s malým alebo žiadnym uvoľňovaním tepla. Táto vrstva, ako uvádza F. E. Kolyasev, má tiež anomálne fyzikálne a chemické vlastnosti v porovnaní s objemovou kvapalinou.
Je to spôsobené tým, že materiály majú poréznu štruktúru a veľkosť pórov presahuje priemer molekúl vody. Okrem toho sa pozdĺž koncoviek prvkov na rozhraní medzi materiálmi vytvárajú kapiláry s rôznymi koeficientmi lineárnej rozťažnosti.
Fyzikálne viazaná voda je držaná na povrchu minerálnych častíc silami molekulárnej adhézie a má podobu najtenších vrstiev až do niekoľkých stoviek priemerov molekuly vody.
Hrúbka vodného filmu na povrchu sa pohybuje v rozmedzí 0 5 - 3 0 - 10 6 cm Ak vezmeme do úvahy, že priemer molekuly vody je 33, potom je priemerná vrstva vody rovnajúca sa 100 molekulám. vytvorené na povrchu. Na vytvorenie vodoodpudivej vrstvy na povrchu keramiky je potrebné vydržať vytvorenú vrstvu vody pri relatívnej vlhkosti 60 - 90% po dobu 4 hodín.
Voda v skalách. Viazané vody sú držané na povrchu minerálnych častíc horniny silami molekulárnej adhézie a vytvárajú vrstvu, ktorej hrúbka môže dosiahnuť niekoľko stoviek priemerov molekuly vody. Vonkajšia, veľká časť tejto vrstvy je tvorená voľne viazanou (lyosorbovanou) vodou.

Ako je možné vidieť z tabuľky, pomer R - r, m, e, vzdialenosť medzi dvoma sférami hydrátového komplexu k priemeru molekuly vody 2ga, sa v mnohých prípadoch rovná jednej, alebo R - r - 2ra; inými slovami, v takýchto komplexoch molekuly vody obklopujú centrálny ión a sú umiestnené okolo obalu, molekuly hrubej, v jednej vrstve.
Hrúbka vodného filmu na povrchu sa pohybuje v rozmedzí 0 5 - 3 0 - 10 - 6 cm. Ak vezmeme do úvahy, že priemer molekuly vody je 3A, potom sa priemerná vrstva vody rovná 100 molekulám sa tvorí na povrchu. Na vytvorenie vodoodpudivej vrstvy na povrchu keramiky je potrebné vydržať vytvorenú vrstvu vody pri relatívnej vlhkosti 60 - 90% po dobu 4 hodín.
Okrem toho pre extrapoláciu na r oo nemožno použiť iba inverznú funkciu r kvôli vplyvu členu určeného polomerom alebo priemerom molekuly vody. Úplnejší výpočet entalpie hydratácie, podobný tomu, ktorý navrhuje Buckingham, ktorý berie do úvahy pojmy spojené s interakciami ión-dipól, dipól-dipól a dipól-kvadrupól a vplyv indukovaných dipólových momentov, vedie k ešte väčšiemu komplexný exponent recipročnej funkcie iónového polomeru . Halliwell a Nyburg tiež vykonali o niečo elegantnejší výpočet založený na možnosti koordinačných čísel 6 alebo 4 v hlavnom hydratačnom obale a modeloch tvrdých a mäkkých guľôčok pre kontakt ión-rozpúšťadlo.
Absorpciu vlhkosti takých heterogénnych systémov, akými sú sklolaminát, možno považovať za dve strany jedného procesu – prenikanie pohybujúceho sa média s malým priemerom molekúl (priemer molekúl vody je 27 A) do organického materiálu v dôsledku existencie molekulárnych otvory v ňom, ako aj mikropóry na rozhraní vlákna - živica a iné štrukturálne defekty. Ak mikroskopické a submikroskopické póry, trhliny a kapiláry závisia hlavne od technologických dôvodov a sú náhodného charakteru, potom sú medzimolekulové diery vždy súčasťou organických materiálov. Preto je pre polyméry s veľkými priemermi molekúl priepustnosti vodných pár v podstate nevyhnutné. V prípade polymérov s kryštalickou štruktúrou, kryštalických nasýtených uhľovodíkov a tuhých polymérov s nízkou polaritou bude množstvo absorbovanej vlhkosti zanedbateľné.
Pre polyatomické ióny (napríklad pre MnO) sa predpokladá, že iónový polomer sa rovná kryštalografickému polomeru a pre monoatomické ióny sa ku kryštalografickému polomeru pripočíta priemer molekuly vody.
Hrúbka filmu viazanej vody pri maximálnej kapacite molekulovej vlhkosti nie je menšia ako 0005 - 001 mikrónov, čo zodpovedá asi 20 - 40 priemerom molekúl vody.
Helmholtz v roku 1853. Veril, že dvojitá elektrická vrstva pozostáva z dvoch vrstiev nábojov opačného znamienka, ktoré sa nachádzajú vo vzdialenosti rádovo priemeru molekuly vody od seba: vrstva nábojov na kove a vrstva k nemu priťahované ióny. Zároveň sa predpokladalo, že náboje v oboch týchto vrstvách sú rovnomerne rozložené po povrchu, takže možno načrtnúť úplnú analógiu medzi dvojitou vrstvou a obyčajným plochým kondenzátorom.
Ak predpokladáme, že priemer hydróniového iónu sa rovná priemeru molekuly vody, potom sa vzdialenosť medzi dvoma neptúniovými iónmi bude rovnať 10 3 A s použitím hodnôt uvedených v práci Coena, Sullivana, Amisa a Hyndman pre polomer iónov neptúnia a priemer molekuly vody.
Prvý najjednoduchší model dvojitej elektrickej vrstvy navrhol Helmholtz v roku 1853. Podľa Helmholtza dvojitá vrstva na rozhraní medzi kovovou elektródou a roztokom pozostáva z dvoch vrstiev nábojov umiestnených vo vzdialenosti rádovo priemeru molekula vody. Jedna vrstva nábojov je na kove, druhá je v roztoku a pozostáva z opačne nabitých iónov priťahovaných k elektróde. Hneď je potrebné poznamenať, že predpoklad rozmazanej nálože platí len pre kovové obloženie. Pre iónovú platňu je to tým lepšie, čím je roztok koncentrovanejší a čím vyššia je hustota náboja na platniach.
Bornova teória je teda dobrou prvou aproximáciou, samozrejme, ak neuvažujeme, že efektívne polomery iónov sa považujú za hodnoty, ktoré, ako zdôraznili Ely a Evans, presahujú polomery v kryštáli o polovičný priemer molekúl vody alebo atóm kyslíka. Zlepšením jednoduchej elektrostatickej teórie by mohlo byť zváženie kremennej štruktúry vody namiesto homogénneho dielektrika. V tomto prípade je potrebné zaviesť ďalšie energetické členy, ktoré zohľadňujú interakciu iónu s dipólmi rozpúšťadla a intermolekulárne odpudzovanie, ktoré sa zvyšuje so zmenou orientácie dipólov rozpúšťadla v blízkosti iónu.
Ukázalo sa 82, 83, že hlavný príspevok k voľnej energii systému polypeptid-rozpúšťadlo tvoria interakcie s najbližšími molekulami rozpúšťadla. Zhruba povedané, ak d je priemer molekuly vody, potom vo vzdialenostiach medzi uvažovaným párom atómov rd/o (/o je súčet ich van der Waalsových polomerov) sa molekuly vody premiestňujú a príspevok k voľnej energii sa stáva nula. Na druhej strane, ak priblížime jeden atóm k druhému, potom vytlačí určitý počet molekúl rozpúšťadla úmerný objemu tohto atómu U, ale ak sa vzdialenosť zmenší ako d r0, potom sa množstvo vytlačeného rozpúšťadla prakticky nezvyšuje. Tento druh uvažovania viedol Gibsona a Sheraga k hľadaniu analytických výrazov pre energiu hydratácie.
Vychádzajúc z predpokladu, že častice tuhej fázy sú pokryté monomolekulovou vrstvou vody, určí sa množstvo adsorpčne viazanej vody. Hrúbka monomolekulárnej vrstvy by sa mala rovnať priemeru molekuly vody (h 2 76 10 - 8 cm), pretože každý atóm kyslíka je tetraedricky obklopený štyrmi ďalšími atómami kyslíka vo vzdialenosti 2 76 A.
Pre kovy s atómovým priemerom 2 76 A je najmenšie prepätie vodíka, najväčšie je prepätie kyslíka. Hodnota 2 76 A sa zhoduje s priemerom molekuly vody. Najhustejšie vyplnenie povrchu elektródy vodnými dipólmi zvyšuje potenciálový gradient vo vrstve blízkej elektróde.
Molekulárna vrstva vody je najpevnejšie viazaná na pevnú fázu pôdy. Hrúbka vrstvy polymolekulovej adsorpcie môže dosiahnuť niekoľko stoviek priemerov molekúl vody. Ako sa vzďaľujete od pevnej fázy, väzba vody sa stáva menej silnou. Prvé rady molekúl tvoria pevne viazanú alebo hygroskopickú vodu. Čím je pôda rozptýlenejšia, tým viac vody absorbuje. Hygroskopická voda dosahuje hustotu 1 4 g / cm3, neobsahuje rozpustené látky, nie je schopná viesť elektrický prúd a pohybovať sa v pôde. Množstvo vody, ktoré môže pôda alebo pôda zadržať pri danej teplote a vlhkosti vzduchu, určuje hygroskopickú vlhkosť pôdy.

Údaje o závislosti intenzity rozptylu röntgenových lúčov vo vode od uhla medzi rozptýleným žiarením a dopadajúcim zväzkom lúčov umožnili ukázať, že v najbližšom prostredí každej molekuly vody v kvapaline sú v priemere 4 4 - 4 8 molekúl vody, čo vo všeobecnosti súhlasí s tým, čo už povedal Bernal. a Fowlerova predstava o štvorstennej štruktúre vody vo veľmi blízkych vzdialenostiach je však v porovnaní s kryštalickou štruktúrou ľadu trochu skreslená. Táto štruktúra stále existuje vo vzdialenosti približne 16 priemerov molekuly vody od molekuly, ktorá je považovaná za centrálnu, ale už vo vzdialenosti 08 nm sa usporiadanie kvapalnej štruktúry prakticky vytráca. Pevnosť vodíkových väzieb v tekutej vode je menšia ako v ľadovom kryštáli a tieto väzby sa dajú pomerne výrazne ohnúť a natiahnuť bez toho, aby sa zlomili, keď sa jedna molekula otáča vzhľadom na druhú, ktorá sa podieľa na vodíkovej väzbe.
Údaje o závislosti intenzity rozptylu röntgenového žiarenia vo vode od uhla medzi rozptýleným žiarením a dopadajúcim zväzkom lúčov umožnili ukázať, že v najbližšom prostredí každej molekuly vody v kvapaline sú v priemere 4 4 - 4 8 molekúl vody, čo vo všeobecnosti súhlasí s tým, čo už uviedla myšlienka Bernala a Fowlera o štvorstennej štruktúre vody vo veľmi blízkych vzdialenostiach, je však v porovnaní s kryštalickou štruktúrou ľadu trochu skreslená. Táto štruktúra stále existuje vo vzdialenosti približne 16 priemerov molekuly vody od molekuly, ktorá je považovaná za centrálnu, ale už vo vzdialenosti 08 nm sa usporiadanie kvapalnej štruktúry prakticky vytráca. Pevnosť vodíkových väzieb v tekutej vode je menšia ako v ľadovom kryštáli a tieto väzby sa dajú pomerne výrazne ohnúť a natiahnuť bez toho, aby sa zlomili, keď sa jedna molekula otáča vzhľadom na druhú, ktorá sa podieľa na vodíkovej väzbe.
Bornova rovnica (IV.25), ktorá nezohľadňuje interakciu donor-akceptor iónu s rozpúšťadlom, poskytuje nepresný výsledok pri výpočte celkovej hydratačnej energie, ale je celkom vhodná na výpočet energie sekundárnej hydratácie. . Na výpočet DO by sa v rovnici (IV.25) mal nahradiť polomer hydrátového komplexu, ktorý sa vytvorí z polomeru iónu a priemeru molekuly vody, Nai.
Hrúbka vrstvy hygroskopickej vody nie je presne stanovená. Väčšina výskumníkov považuje túto vrstvu za polymolekulárnu, takže podľa B. V. Deryagina je jej hrúbka 23 - 27 priemerov molekúl vody.
ALE; s jeho nárastom alebo poklesom prepätie prirodzene rastie. Khomutov vo svojich ďalších prácach upozornil na skutočnosť, že medziatómová vzdialenosť, pri ktorej je prepätie minimálne, je blízka priemeru molekuly vody a navrhol modelovú metódu na výpočet koeficientu b v Hafelovom vzorci.
Tetra adsorpčná izoterma - MI9PVOD9b S energiou blízkou metploktaybenzénsulfonátu sodného kJ/mol. Hodnota vodných roztokov pri teplote - tá presahuje pokles o 25e C na aerosil. molárna voľná energia. Dĺžka uhľovodíkového radikálu tohto iónu je 18 1 A, priemer polárnej skupiny vo vodnom roztoku na C9 CCMC je 8 88 A a priemer molekuly vody je 3 1 A.
Štruktúru dvojitej elektrickej vrstvy na rozhraní kov-roztok prvýkrát opísal ruský vedec R. A. Colley v roku 1878. Dvojvrstva je podľa jeho predstáv podobná plochému kondenzátoru, ktorého dosky sú umiestnené vo vzdialenosti priemer molekuly vody. Vonkajšia výstelka je tvorená vrstvou adsorbovaných iónov. Ukázali, že tepelný pohyb vedie k desorpcii časti iónov z povrchu kovu (obr. 49) 1, ktoré tvoria difúznu (rozptýlenú) vrstvu. Ten je stlačený na určitú hrúbku elektrickým poľom nabitého kovu. Jeho hrúbka klesá so zvyšujúcim sa nábojom kovu a koncentráciou iónov v roztoku a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Hrúbka adsorpčnej vrstvy sa rovná polomeru hydratovaného iónu. Difúzna vrstva chýba, ak kov nenesie nadbytočný elektrický náboj, ako aj v koncentrovaných roztokoch elektrolytov.
Fyzikálne vlastnosti hydrofilných vlákien, ako je vlna, vlasy, nylon, umelý hodváb, sú vysoko závislé od množstva adsorbovanej vody. Tieto zmeny vlastností vlákien sú spôsobené vysokou polarizovateľnosťou vody (a následne veľkými hodnotami indukovaného dipólového momentu), schopnosťou molekuly vody vytvárať relatívne silné vodíkové väzby a jej relatívne malou veľkosťou - priemer molekuly vody je približne 27 A.
Plastové puzdro. Okrem toho je voda chemicky aktívna látka, ktorá podporuje tvorbu roztokov solí, kyselín, zásad, koloidných roztokov. Keďže priemer molekúl vody je 3 A, vlhkosť je schopná preniknúť cez mikropóry a mikrotrhlinky v ochranných materiáloch a filmoch.
Graf distribučnej funkcie. Úspechy modernej vedy v tejto oblasti nám umožňujú tvrdiť, že tak veľkosti, ako aj hmotnosti jednotlivých molekúl sú pevne stanovené. Ak si podmienečne predstavíme molekuly vo forme guľôčok, ich priemery budú vo väčšine prípadov niekoľko angstromov. Napríklad priemer molekuly vody (H2O) je 2 6 - 10 - 10 m 2 6 A.
Najdôležitejšie zo síl, ktoré určujú adsorpčnú energiu cementu, sú elektrostatické sily interakcie medzi iónmi povrchu častíc a vodnými dipólmi. Tieto sily majú nepatrný akčný rádius nepresahujúci niekoľko angstromov. Vo vzdialenostiach od povrchu častíc väčších ako je priemer molekúl vody sú interakčné sily doplnené o polarizačné alebo disperzné van der Waalsove sily v dôsledku okamžitých dipólov vznikajúcich v dôsledku pohybu elektrónov v molekule.
Ak sú sily interakcie molekúl vody s materiálom väčšie ako sily vzájomného pôsobenia molekúl vody medzi sebou, potom voda takýto materiál dobre zmáča. Ak sú na povrchu materiálu štrukturálne defekty, ktoré sú úmerné priemeru molekuly vody (0 29 nm), potom môžu molekuly vody preniknúť do objemu materiálu a pri rovnakej pórovitosti (defekte) v objeme materiálu, budú difundovať podľa mechanizmu aktivovanej difúzie podobne ako difúzne plyny. Silikátové sklá sú schopné úplne voľne absorbovať vodnú paru, pretože veľkosť defektov v nich je v rozsahu od 0,7 do 1,7 nm.

Bornova rovnica (IV.25), ktorá nezohľadňuje interakciu donor-akceptor iónu s rozpúšťadlom, poskytuje nepresný výsledok pri výpočte celkovej hydratačnej energie, ale je celkom vhodná na výpočet energie sekundárnej hydratácie. . Na výpočet DO je potrebné dosadiť polomer hydrátového komplexu do rovnice (IV.25), ktorá je súčtom polomeru iónu a priemeru molekuly vody.
Schéma relatívneho usporiadania rovín zodpovedajúcich diskontinuitám v permitivite (r 0 a r Aj), adsorpcii iónov (r r0 a najbližšej aproximácii neadsorbovaných iónov (r h. Výsledkom je, že stredy všetkých adsorbovaných ióny musia ležať v rovnakej rovine (často označovanej ako vnútorná Helmholtzova rovina) vo vzdialenosti z0 od povrchu elektródy. Na druhej strane ióny, ktoré sa nedajú adsorbovať alebo ešte neboli adsorbované, pevne zadržia aspoň jeden obal vody Vzdialenosť ich najbližšieho priblíženia k povrchu, ktorá je označená hQ, by sa mala približne rovnať súčtu iónového polomeru a priemeru molekúl vody.
Kobozev (1947) a tiež Bockris (1951) stanovili vzťah medzi funkciou práce elektrónov a vodíkovým prepätím. Khomutov (1950), porovnávajúc veľkosť vodíkového prepätia s minimálnou vzdialenosťou medzi atómami v kovoch, zistil, že najmenšie prepätie je pozorované v kovoch s medziatómovou vzdialenosťou; približne 27 A; s jeho nárastom alebo poklesom prepätie prirodzene rastie. Khomutov vo svojich nasledujúcich prácach upozornil na skutočnosť, že medziatómová vzdialenosť, pri ktorej je prepätie minimálne, je blízka priemeru molekuly vody a navrhol modelovú metódu na výpočet koeficientu b v Tafelovom vzorci.
Khomutov (1950), porovnávajúc prepätie vodíka s minimálnou vzdialenosťou medzi atómami v kovoch, zistil, že najmenšie prepätie je pozorované v kovoch s medziatómovou vzdialenosťou blízkou 27 A; s jeho nárastom alebo poklesom prepätie prirodzene rastie. Vo svojich ďalších prácach upozornil na skutočnosť, že medziatómová vzdialenosť, pri ktorej je prepätie minimálne, sa blíži k priemeru molekuly vody a navrhol modelovú metódu výpočtu koeficientu b v Tafelovom vzorci.
Konečný výraz pre funkciu /(t) nie je daný kvôli jej ťažkopádnemu tvaru. Nastavením rôznych hodnôt ij, pomocou rovníc (23.14) a (23.15) je možné určiť navzájom zodpovedajúce hodnoty C a φ0 a tak zostrojiť krivku C, φ0. Pri výpočte sa predpokladalo, že KG je 20 μF/cm2, Kt je 38 μF/cm a priemerná hrúbka hustej vrstvy d sa rovná priemeru molekuly vody.
Konečný výraz pre funkciu / (tyi) nie je uvedený kvôli jej nepraktickému vzhľadu. Nastavením rôznych hodnôt r podľa rovníc (23.14) a (23.15) je možné určiť navzájom zodpovedajúce hodnoty C a φ0 a tak zostrojiť krivku C, φ0. Pri výpočte sa predpokladalo, že Ki0 2Q F/m2, /Cro 38 f/m2 a priemerná hrúbka hustej vrstvy d sa rovná priemeru molekuly vody.

Molárna hmotnosť vody:

Ak sú molekuly v kvapaline pevne zbalené a každá z nich sa zmestí do kocky objemu V 1 s rebrom d, potom .

Objem jednej molekuly: , kde: Vm jeden krtko N A je Avogadrove číslo.

Objem jedného mólu kvapaliny: , kde: M- jeho molárna hmotnosť je jeho hustota.

Priemer molekuly:

Pri výpočte máme:

Relatívna molekulová hmotnosť hliníka Mr=27. Určite jeho hlavné molekulárne charakteristiky.

1. Molová hmotnosť hliníka: M=Mr. 10-3 M = 27. 10-3

Nevieme, či teplota vzduchu v bubline zostáva rovnaká. Ak je rovnaký, potom je proces výstupu opísaný rovnicou pV=konšt. Ak sa zmení, potom rovnica pV/T=konšt.

Odhadnime, či neurobíme veľkú chybu, ak zanedbáme zmenu teploty.

Predpokladajme, že máme najnepriaznivejší výsledok Nech je veľmi horúce počasie a teplota vody na hladine nádrže dosiahne +25 0 C (298 K). Teplota na dne nemôže byť nižšia ako +4 0 C (277 K), pretože táto teplota zodpovedá maximálnej hustote vody. Teplotný rozdiel je teda 21K. Vo vzťahu k počiatočnej teplote je táto hodnota %% Je nepravdepodobné, že sa stretneme s takou nádržou, ktorej teplotný rozdiel medzi hladinou a dnom sa rovná menovanej hodnote. Okrem toho bublina stúpa dostatočne rýchlo a je nepravdepodobné, že počas výstupu bude mať čas na úplné zahriatie. Skutočná chyba bude teda oveľa menšia a zmenu teploty vzduchu v bubline môžeme úplne zanedbať a na popis procesu použiť Boyleov-Mariottov zákon: p 1 V 1 \u003d p 2 V 2, kde: p1- tlak vzduchu v bubline v hĺbke h (p 1 = p atm. + rgh), p 2 je tlak vzduchu v bubline blízko povrchu. p2 = p atm.

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

Pohár obrátený hore dnom sa naplní vzduchom. Problém uvádza, že sklo začne klesať až v určitej hĺbke. Zdá sa, že ak sa uvoľní v hĺbke menšej ako určitá kritická hĺbka, bude plávať (predpokladá sa, že sklo je umiestnené striktne vertikálne a neprevráti sa).

Hladina, nad ktorou sklo pláva a pod ktorou klesá, je charakterizovaná rovnakou silou pôsobiacou na sklo z rôznych strán.

Sily pôsobiace na sklo vo vertikálnom smere sú sila gravitácie smerujúca nadol a sila vztlaku smerujúca nahor.

Vztlaková sila súvisí s hustotou kvapaliny, v ktorej je sklo umiestnené, a objemom kvapaliny, ktorú vytlačí.

Gravitačná sila pôsobiaca na sklo je priamo úmerná jeho hmotnosti.

Z kontextu problému vyplýva, že keď sklo klesá, sila smerom nahor klesá. Zníženie vztlakovej sily môže nastať iba v dôsledku zníženia objemu vytlačenej kvapaliny, pretože kvapaliny sú prakticky nestlačiteľné a hustota vody na povrchu a v určitej hĺbke je rovnaká.

Zníženie objemu vytlačenej kvapaliny môže nastať v dôsledku stlačenia vzduchu v skle, čo môže nastať v dôsledku zvýšenia tlaku. Zmenu teploty pri klesaní skla môžeme ignorovať, ak nás nezaujíma príliš vysoká presnosť výsledku. Zodpovedajúce odôvodnenie je uvedené v predchádzajúcom príklade.

Vzťah medzi tlakom plynu a jeho objemom pri konštantnej teplote vyjadruje Boyleov-Mariottov zákon.

Tlak kvapaliny skutočne rastie s hĺbkou a prenáša sa vo všetkých smeroch, vrátane nahor, rovnako.

Hydrostatický tlak je priamo úmerný hustote kvapaliny a jej výške (hĺbke ponoru).

Po zapísaní ako počiatočnej rovnice rovnice charakterizujúcej rovnovážny stav skla, postupnom dosadení výrazov nájdených pri analýze problému a vyriešení výslednej rovnice s ohľadom na požadovanú hĺbku dospejeme k záveru, že na získanie numerickej odpovede potrebujeme poznať hodnoty hustoty vody, atmosférického tlaku, hmotnosti skla, jeho objemu a zrýchlenia voľného pádu.

Všetky vyššie uvedené úvahy možno zobraziť takto:

Keďže v texte úlohy nie sú žiadne údaje, nastavíme si ich sami.

Vzhľadom na to:

Hustota vody r=103 kg/m3.

Atmosférický tlak 10 5 Pa.

Objem pohára je 200 ml = 200. 10 -3 l \u003d 2. 10 -4 m3.

Hmotnosť skla je 50 g = 5. 10-2 kg.

Zrýchlenie voľného pádu g = 10 m/s 2 .

Numerické riešenie:

Problém dvíhania balóna, podobne ako problém potápajúceho sa pohára, možno klasifikovať ako statický problém.

Lopta začne stúpať rovnakým spôsobom ako sklo klesá, akonáhle je narušená rovnosť síl pôsobiacich na tieto telesá a smerujúcich nahor a nadol. Na loptičku, podobne ako na sklo, pôsobí gravitačná sila smerujúca nadol a vztlaková sila smerujúca nahor.

Vztlaková sila súvisí s hustotou studeného vzduchu obklopujúceho loptu. Túto hustotu možno nájsť z Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice.

Gravitačná sila je priamo úmerná hmotnosti lopty. Hmota gule sa zase skladá z hmoty škrupiny a hmoty horúceho vzduchu v nej. Hmotnosť horúceho vzduchu sa dá zistiť aj z Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice.

Schematicky možno zdôvodnenie zobraziť takto:

Z rovnice je možné vyjadriť požadovanú hodnotu, odhadnúť možné hodnoty veličín potrebných na získanie numerického riešenia problému, dosadiť tieto veličiny do výslednej rovnice a nájsť odpoveď v číselnej forme.

1. Vyjadrite hmotnosť plynu v SI.

2. Aká je relatívna molekulová hmotnosť tohto plynu?

3. Aká je molárna hmotnosť tohto plynu (v SI)?

4. Aké množstvo látky obsahuje nádoba?

5. Koľko molekúl plynu je v nádobe?

6. Akú hmotnosť má jedna molekula daného plynu?

7. Pomenujte procesy v častiach 1-2, 2-3, 3-1.

8. Určte objem plynu v bodoch 1,2, 3, 4 v ml, l, m 3.

9. Určte teplotu plynu v bodoch 1,2,3,4 pri 0 C, K.

10. Určte tlak plynu v bodoch 1, 2, 3, 4 v mm. rt. čl. , bankomat, Pa.

11. Vyneste tento proces do grafu závislosti tlaku na absolútnej teplote.

12. Vyneste tento proces do grafu tlaku versus objem.

Pokyny na riešenie:

1. Pozri stav.

2. Relatívna molekulová hmotnosť prvku sa určuje pomocou periodickej tabuľky.

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

7. p=const - izobarický; V=konst-izochorický; T=const - izoterm.

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. čl.

8-10. Môžete použiť Mendelejevovu-Clapeyronovu rovnicu alebo plynové zákony Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles.

Odpovede na problém

m = 0,2 kg
Mr = 4
M = 410-3 kg/mol
n = 50 mol
N = 31025
m = 6,7 10 -27 kg
1 - 2 - izobarické
2 - 3 - izochorické
3 - 1 - izotermická
№	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	Komu
№	mmHg.	bankomat	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