Mișcarea moleculelor Care este diferența dintre un corp fierbinte și unul rece? La această întrebare, destul de recent, până la începutul secolului al XIX-lea. a răspuns astfel: un corp fierbinte conține mai multă căldură (sau conținut caloric) decât unul rece.
La fel ca și supa este mai sărată, dacă conține mai multă sare. Care este căldura? Acesta a fost urmat de răspunsul: "Căldura este materia termică, acesta este focul elementar". Misterios și de neînțeles.
Odată cu teoria căldurii, a existat de mult o viziune diferită asupra naturii căldurii. A fost apărată de mulți oameni de știință remarcabili din secolele XVI-XVIII. Francis Bacon a scris în cartea sa "Novum Organum": "...
foarte căldura în esența ei nu este altceva decât o mișcare ... căldura constă în mișcarea variabilă a celor mai mici părți ale corpului ". Robert Hooke în cartea sa "Micrografia" a spus: "... căldura este mișcarea continuă a unor părți ale corpului ...
nu există un astfel de corp, particulele cărora ar fi în stare de repaus ". Declarații deosebit de clare de acest fel găsim în Lomonosov în lucrarea sa "Reflecția asupra cauzei căldurii și a frigului". În această lucrare, existența căldurii este respinsă și se spune că "căldura constă în mișcarea internă a particulelor de materie".
Rumford a vorbit foarte figurat la sfârșitul secolului al XVIII-lea. "... corpul este mai fierbinte, cu atât mai mult se mișcă particulele din care este construit, la fel cum clopotul sună mai tare, cu cât vibrează mai mult". În aceste conjectări remarcabile, cu mult înainte de timpul lor, se află temelia concepțiilor noastre moderne asupra naturii căldurii. Uneori există zile liniștite și clare. Foile de pe copaci au înghețat, chiar și o ușoară rupere nu va deranja suprafața apoasă. Toată împrejurimile au fost înghețate într-o solemnitate solemnă. Lumea vizibilă este în repaus. Dar ce se întâmplă în lumea atomilor și a moleculelor?
Fizica zilelor noastre poate spune multe despre acest lucru. Niciodată, în nici un caz, mișcarea invizibilă a particulelor din care este construită lumea încetează. De ce nu vedem toate aceste mișcări? Particulele se mișcă, dar corpul se odihnește.
Cum poate fi aceasta? Ați observat vreodată un roi de muguri? În vremea fără vânt, roiul, așa cum era, se blochează în aer. Și în interiorul roiului există o viață intensă.
Sute de insecte graba la dreapta și la stânga, în sus și în jos, și întregul roi, cu toate acestea, rămâne în vigoare, fără a schimba forma. Mișcările invizibile ale atomilor și moleculelor din corp sunt de aceeași natură haotică și dezordonată. Dacă unele molecule au lăsat un anumit volum, altele au înlocuit-o. Și din moment ce noii străini nu diferă de moleculele din stânga, corpul rămâne același. Mișcarea dezordonată, haotică a particulelor nu schimbă proprietățile lumii vizibile. Dar ce face să se miște atomii și moleculele?
Răspunsul este simplu și plin de înțeles profund: nimic. Moțiunea haotică este o proprietate inalienabilă a oricărei particule a universului. "Dar nu este o conversație goală?
- cititorul ne poate întreba: "La urma urmei, nimeni nu a văzut mișcarea termică eternă a particulelor de materie". Dovada mișcării termice a particulelor poate fi obținută cu ajutorul celui mai modest microscop. Cu mai mult de o sută de ani, botanistul englez Brown, examinarea structurii interne microscopice a plantei, a observat că particulele mici de materie plutind în sucul plantei, în mod constant în mișcare în toate direcțiile. Botanistul a devenit interesat: ce forțe fac particulele să se miște?
Poate sunt niște ființe vii? Omul de știință a decis să examineze particule mici de lut sub microscop, care au fost agitate în apă. Dar aceste particule, fără îndoială, de asemenea, nu au fost în repaus; ele erau înfășurate într-o mișcare haotică continuă. Cu cât sunt mai mici particulele suspendate, cu atât mai repede se mișcă.
Se uită la microscop de mult timp, dar nu putea aștepta ca mișcarea particulelor să se oprească. Mișcarea particulelor suspendate, observată de Brown, apare sub influența mișcării termice a moleculelor de apă. Se poate demonstra prin experimente directe că intensitatea mișcării termice depinde de temperatură.
Încălziți corpul - particulele își vor accelera mișcarea perpetuă, răcit - viteza de mișcare va încetini. Mișcarea termică este inerentă particulelor mari și mici, grupurilor de molecule, moleculelor individuale și atomilor. Cum moleculele sunt construite Moleculele constau din atomi. Atomii sunt legați de molecule prin forțe numite chimice. Există molecule formate din doi, trei, patru sau mai mulți atomi.
Cele mai mari molecule - molecule de proteine - constau în zeci și chiar sute de mii de atomi. Tărâmul moleculelor are o varietate excepțională. Deja, chimistul a izolat de substanțele naturale și a creat în laboratoare aproximativ un milion de substanțe, construite din molecule diferite. Proprietățile moleculelor sunt determinate nu numai de cât de mulți atomi dintr-un anumit soi participă la construcția lor, ci și de ordinea și configurația în care sunt conectați. O moleculă nu este o grămadă de cărămizi, ci o construcție arhitecturală complexă, unde fiecare cărămidă își are locul și vecinii ei definiți.
Structura atomică care formează o moleculă poate fi mai mult sau mai puțin "dură". În orice caz, fiecare atom oscilează în apropierea poziției sale de echilibru. În unele cazuri, unele părți ale moleculei se pot roti în raport cu alte părți, dând moleculei libere în procesul de mișcare termică forme diferite și cele mai bizare.
La distanțe mari, atomii sunt atrase unul de celălalt. Forța de interacțiune scade foarte rapid cu distanța și devine neglijabilă la distanțe relativ mici. Apropierea de forța de atracție crește și atinge cea mai mare valoare chiar și atunci când atomii se apropie foarte bine unul de celălalt. Cu o convergență și mai mare, atracția slăbește și, în final, dispare complet la o anumită distanță.
Această distanță se numește echilibru. Când atomii converg la distanțe sub echilibru, apar forțe repulsive, care cresc foarte rapid și reducerea în continuare a distanței devine practic imposibilă. Interacțiunea atomilor sau a altor particule poate fi reprezentată grafic printr-o curbă specială, care se numește curba de interacțiune sau curba potențială (numele exact este curba potențială a energiei). Înțelesul este ușor de înțeles prin compararea acestei curbe cu profilul unei găuri sapate în sol. Dacă o minge este rulată într-o astfel de groapă, aceasta va fi situată pe fund. Partea inferioară a puțului corespunde unui minim de potențială energie. În această poziție, forțele care acționează asupra mingii sunt echilibrate.
Desigur, mingea nu poate fi în echilibru atunci când se află pe marginea groapă. În această poziție, mingea are o forță care este mare în acele puncte în care marginea groapă este abruptă și este mică în cazul în care marginea groapă este plat. Pe masura ce mingea se ridica, potentialul sau de energie creste, egal, asa cum se stie de la mecanica, la ponderarea inaltimii liftului. Astfel, prin forma profilului grosierii, puteți să spuneți imediat ce energie potențială și forța care acționează asupra corpului pentru fiecare punct al profilului sunt egale.
Aceste informații sunt necesare pentru a caracteriza interacțiunea dintre particule. Fiecare punct al curbei potențiale de energie a unei molecule diatomice arată valoarea energiei potențiale pentru o anumită distanță interatomică. Distanța este reprezentată grafic pe axa orizontală, iar punctul de referință corespunde poziției imposibile - distanța interatomică zero.
Curba are un curs caracteristic pentru diferite tipuri de atomi - primul merge în jos, apoi îndoit pentru a forma o „groapă“, iar apoi devine gradual paralelă cu axa orizontală a lungul căreia distanța întârziat dintre atomi. Știm că starea în care energia potențială are cea mai mică valoare este stabilă. Când un atom intră în moleculă, el "se află" într-un potențial fantă, făcând mici oscilații termice în jurul poziției de echilibru. Poziția de echilibru corespunde fundului godeului. Prin urmare, distanța de la fundul carierei până la punctul de referință se numește distanța de echilibru. La această distanță, atomii s-ar fi stabilit dacă mișcarea termică s-ar fi oprit.
Distanțele de echilibru (mai jos vom vorbi pe scurt - distanțele) dintre atomi sunt diferite pentru diferite tipuri de atomi. Pe lângă distanța de la origine până la fundul puțului, diferită pentru diferiți atomi, adâncimea puțurilor este importantă. Adâncimea groapei are un înțeles simplu: pentru a ieși din gaură, aveți nevoie de energie cel puțin egală cu adâncimea. Prin urmare, adâncimea sondei poate fi numită energia de legare a particulelor. Distanțele dintre atomii din molecule sunt atât de mici, încât pentru măsurarea lor am trebuit să alegem unități adecvate. Altfel ar fi trebuit să-și exprime valorile lor în această formă: 0.0000000121 cm (am înregistrat o cifră care exprimă distanța dintre atomii într-o moleculă de oxigen).
Unitatea, în special convenabil pentru a descrie lumea atomică, numit Angstrom (deși numele cercetătorului suedez, al cărui nume este numit, acest aparat Ongstrem citit corect, pentru a vă reaminti de acest lucru peste litera Un simbol plasat :); adică, o sută milioane de centimetri. Distanța dintre atomii care alcătuiesc moleculele se situează în intervalul de la 1 la 4 angstromi. Distanța de echilibru înregistrată în centimetri pentru oxigen este de 1,21. Distanțele interatomice, după cum puteți vedea, sunt foarte mici. Dacă inconjura globul de la ecuator cablului, lungimea acestei „centură“, cu același factor va fi mai mare decât lățimea de mana, de câte ori lățimea palmei mai mare decât distanța dintre atomii din moleculă.
Pentru măsurarea energiei atomilor de obicei sunt calorii, dar nu se referă la o singură moleculă, care ar da, desigur, figura neglijabilă, și gram-molecule, adică. E. La numărul de grame de greutate moleculară relativă egală. Energia de legare a atomilor din moleculă, ca și distanțele interatomice, variază în limite nesemnificative. Pentru aceeași energie oxigen egal cu 116 de mii de calorii pe mol, pentru hidrogen -.... 103 mii calorii per mol etc. Energia de legare, pe o moleculă, obținută prin împărțirea acestor valori la 6023 * 1023 (număr Avogadro) .
Desigur, aici sunt obținute un număr nesemnificativ de ordinul a 10 * -19 calorii. Am vorbit deja despre faptul că atomii din molecule sunt aranjați într-o manieră destul de clară în raport cu ceilalți, formând structuri complicate în cazuri complexe. Vom cita. câteva exemple simple.
Molecule de trei atomi sunt liniare (toți cei trei atomi sunt aranjate într-un rând) și înclinate (legături între atomii formează un unghi obtuz). Este o moleculă liniară de CO2 - dioxid de carbon și unghi (unghi de 105 °) - molecula de apă de H2O molecula de amoniac NH3 atomul de azot este în vârful unei piramide triedru, o molecula de metan atom CH4 carbon este situat în centrul formei tetraedric cu laturile egale care se numește tetraedru. Atomii de carbon în moleculă benzen C6 H6 formează un hexagon regulat. Legăturile de atomi de carbon cu hidrogen merg la un unghi de 120 °. Toți atomii sunt în același plan.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: