трусики женские украина

На головну

 Визначення діаметра молекул - Фізика

Муніципальне загальноосвітній заклад

«Основна загальноосвітня школа №10»

Визначення діаметра молекул

Лабораторна робота

Виконавець: Масаєв Євген

7 клас «А»

Керівник: Резник А. В.

Гур'ївський район

2010

Введення

У цьому навчальному році я почав вивчати фізику. Я дізнався, що тіла, які нас оточують, складаються з найдрібніших частинок - молекул. Мене зацікавило, які розміри молекул. Через дуже малих розмірів молекули не можна побачити неозброєним оком або за допомогою звичайного мікроскопа. Я прочитав, що молекули можна побачити тільки за допомогою електронного мікроскопа. Вчені довели, що молекули різних речовин відрізняються один від одного, а молекули одного і того ж речовини однакові. Мені захотілося на практиці виміряти діаметр молекули. Але на жаль, у шкільній програмі не передбачає вивчення проблем такого роду, а розглянути її одному виявилося нелегким завданням і довелося вивчати літературу про методи визначення діаметра молекул.

Глава I. Молекули

1.1 З теорії питання

Молекула в сучасному розумінні - це найменша частка речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями. Молекула здатна до самостійного існування. Вона може складатися як з однакових атомів, наприклад кисень О2, озон О3, азот N2, фосфор P4, сірка S6і т. Д., Так і з різних атомів: сюди відносяться молекули всіх складних речовин. Найпростіші молекули складаються з одного атома: це молекули інертних газів - гелію, неону, аргону, криптону, ксенону, радону. У так званих високомолекулярних з'єднаннях і полімерах кожна молекула може складатися із сотень тисяч атомів.

Експериментальне доказ існування молекул першим найбільш переконливо дав французький фізик Ж. Перрен в 1906 р при вивченні броунівського руху. Воно, як показав Перрен, є результатом теплового руху молекул - і нічим іншим.

Сутність молекули можна описати і з іншої точки зору: молекула - стійка система, що складається з ядер атомів (однакових або різних) і навколишніх електронів, причому хімічні властивості молекули визначаються електронами зовнішніх оболонок в атомах. Атоми об'єднуються в молекули в більшості випадків хімічними зв'язками. Зазвичай такий зв'язок створюється однією, двома або трьома парами електронів, якими володіють спільно два атоми.

Атоми в молекулах сполучені один з одним в певній послідовності і певним чином розподілені в просторі. Зв'язки між атомами мають різну міцність; вона оцінюється величиною енергії, яку необхідно затратити для розриву міжатомних зв'язків.

Молекули характеризуються певними розміром і формою. Різними способами було визначено, що в 1 см3любого газу при нормальних умовах міститься близько 2,7x1019молекул.

Щоб зрозуміти, наскільки велике це число, можна уявити, що молекула - це «цеглина». Тоді якщо взяти кількість цегли, яка дорівнює кількості молекул в 1 см3газа при нормальних умовах, і щільно укласти ними поверхню суші всієї земної кулі, то вони покрили б поверхню шаром висотою 120 м, що майже в 4 рази перевершує висоту 10-поверхового будинку. Величезне число молекул в одиниці об'єму вказує на дуже малі розміри самих молекул. Наприклад, маса молекули води m = 29,9 x 10-27 кг. Відповідно малі і розміри молекул. Діаметром молекули прийнято вважати мінімальну відстань, на яку їм дозволяє зблизитися сили відштовхування. Однак поняття розміру молекули є умовним, оскільки на молекулярних відстанях уявлення класичної фізики не завжди виправдані. Середній розмір молекул порядку 10-10м.

Молекула як система, що складається з взаємодіючих електронів і ядер, може перебувати в різних станах і переходити з одного стану в інший вимушено (під впливом зовнішніх впливів) або мимовільно. Для всіх молекул даного виду характерна деяка сукупність станів, яка може служити для ідентифікації молекул. Як самостійне утворення молекула володіє в кожному стані певним набором фізичних властивостей, ці властивості в тій чи іншій мірі зберігаються при переході від молекул до складається з них речовині і визначають властивості цієї речовини. При хімічних перетвореннях молекули однієї речовини обмінюються атомами з молекулами іншої речовини, розпадаються на молекули з меншим числом атомів, а також вступають в хімічні реакції інших типів. Тому хімія вивчає речовини та їх перетворення в нерозривному зв'язку з будовою і станом молекул.

Зазвичай молекулою називають електрично нейтральну частку. У речовині позитивні іони завжди співіснують разом з негативними.

За кількістю які входять у молекулу атомних ядер розрізняють молекули двоатомні, трьохатомні і т.д. Якщо число атомів у молекулі перевершує сотні і тисячі, молекула називається макромолекулою. Сума мас всіх атомів, що входять до складу молекули, розглядається як молекулярна маса. За величиною молекулярної маси всі речовини умовно поділяють на низько- і високомолекулярні.

1.2 Методи вимірювання діаметра молекул

У молекулярній фізиці головні «дійові особи» - це молекули, неймовірно маленькі частинки, з яких складаються всі на світі речовини. Ясно, що для вивчення багатьох явищ важливо знати, які вони, молекули. Зокрема, які їхні розміри.

Коли говорять про молекулах, їх зазвичай вважають маленькими пружними твердими кульками. Отже, знати розмір молекул, значить знати їх радіус.

Незважаючи на малість молекулярних розмірів, фізики зуміли розробити безліч способів їх визначення. У «Фізиці 7» розповідається про двох з них. В одному використовується властивість деяких (дуже небагатьох) рідин розтікатися у вигляді плівки товщиною в одну молекулу. В іншому розмір частки визначається за допомогою складного приладу - іонного проектора.

Будова молекул вивчають різними експериментальними методами. Електронографія, нейтронографія і рентгенівський структурний аналіз дозволяють отримувати безпосередню інформацію про структуру молекул. Електронографії, метод, який досліджує розсіювання електронів на пучку молекул в газовій фазі, дозволяє розрахувати параметри геометричної конфігурації для ізольованих порівняно простих молекул. Нейтронографія і рентгенівський структурний аналіз обмежені аналізом структури молекул або окремих упорядкованих фрагментів в конденсованої фазі. Рентгенографічні дослідження крім зазначених відомостей дають можливість отримати кількісні дані про просторовий розподіл електронної щільності в молекулах.

Спектроскопічні методи засновані на індивідуальності спектрів хімічних сполук, яка обумовлена ??характерним для кожної молекули набором станів і відповідають їм енергетичних рівнів. Ці методи дозволяють проводити якісний і кількісний спектральний аналіз речовин.

Спектри поглинання або випускання в мікрохвильовій області спектру дозволяють вивчати переходи між обертальними станами, визначати моменти інерції молекул, а на їх основі - довжини зв'язків, валентні кути та інші геометричні параметри молекул. Інфрачервона спектроскопія досліджує, як правило, переходи між колебательно-обертальними станами і широко використовується для спектрально-аналітичних цілей, оскільки багато частоти коливань певних структурних фрагментів молекул є характеристичними і слабо змінюються при переході від однієї молекули до іншої. У той же час інфрачервона спектроскопія дозволяє судити і про рівноважної геометричної конфігурації. Спектри молекул в оптичному та ультрафіолетовому діапазонах частот пов'язані головним чином з переходами між електронними станами. Результатом їхніх досліджень є дані про особливості потенційних поверхонь для різних станів і значення молекулярних постійних, що визначають ці потенційні поверхні, також часи життя молекул в збуджених станах та ймовірності переходів з одного стану в інший.

Про деталі електронної будови молекул унікальну інформацію дають фото- і рентгеноелектронние спектри, а також оже-спектри, що дозволяють оцінити тип симетрії молекулярних орбіталей і особливості розподілу електронної щільності. Широкі можливості для вивчення окремих станів молекул відкрила лазерна спектроскопія (в різних діапазонах частот), що відрізняється виключно високою селективністю збудження. Імпульсна лазерна спектроскопія дозволяє аналізувати будову короткоживучих молекул і їх перетворення в електромагнітне поле.

Різноманітну інформацію про будову і властивості молекул дає вивчення їх поведінки в зовнішніх електричних і магнітних полях.

Існує, однак, дуже простий, хоча і не найточніший, спосіб обчислення радіусів молекул (або атомів) Він заснований на тому, що молекули речовини, коли воно знаходиться в твердому або рідкому стані, можна вважати щільно прилеглими один до одного. У такому випадку для грубої оцінки можна вважати, що обсяг V деякої маси m речовини просто дорівнювати сумі обсягів містяться в ньому молекул. Тоді обсяг однієї молекули ми отримаємо, розділивши обсяг V на число молекул N.

Число молекул в тілі масою m одно, як відомо ,, де М - молярна маса речовини NA- число Авогадро. Звідси обсяг V0одной молекули визначається з рівності

.

В цей вираз входить відношення обсягу речовини до його маси. Зворотне ж отношеніеесть щільність речовини, так що

.

Щільність практично будь-якої речовини можна знайти в доступних всім таблицях. Молярну масу легко визначити, якщо відома хімічна формула речовини.

Обсяг однієї молекули, якщо вважати її кулькою, дорівнює, де r - радіус кульки. Тому

.

звідки ми і отримуємо вираз для радіуса молекули:

.

Перший з цих двох коренів - постійна величина, що дорівнює ? 7,4 · 10-9моль1 / 3, тому формула для r приймає вид

.

Наприклад, радіус молекули води, обчислений за цією формулою, дорівнює rВ? 1,9 · 10-10 м.

Описаний спосіб визначення радіусів молекул не може бути точним вже тому, що кульки не можна укласти так, щоб між ними не було проміжків, навіть якщо вони стикаються один з одним. Крім того, при такій «упаковці» молекул- кульок були б неможливі молекулярні руху. Проте обчислення розмірів молекул за формулою, наведеною вище, дають результати, майже збігаються з результатами інших методів, незрівнянно більш точних.

Глава II. Визначення діаметра молекули

2.1 Метод Ленгмюра і Дево

Обладнання: микропипетка зі шкалою, ванна розміром 40х30 см, розчин рідини в спирті з концентрацією 1: 400 (олеїнова кислота та ін.), Тальк (лікоподій, пудра, порошок крейди), лінійка вимірювальна, аркуш паперу.

Мета роботи: визначити приблизно діаметр молекули.

Досліджувана рідина повинна розчинятися в спирті (ефірі) і бути легше води, не розчиняючись в ній. При попаданні краплі розчину на поверхню води спирт розчиняється у воді, а досліджувана рідина утворює пляма площею S і товщиною d (порядку діаметра молекул).

Якщо припустити, що молекула має форму кулі, то обсяг однієї молекули дорівнює: де d - молекули.

У лабораторній роботі необхідно визначити діаметр молекули d. У мікропіпетку набираю 0,5 мл розчину і, розташувавши її над посудиною, відраховую число крапель n, що містяться в цьому обсязі. Проробивши досвід кілька разів, знаходжу середнє значення числа крапель в обсязі 0,5 мл, а потім підраховую обсяг досліджуваної рідини у краплі:

м3,

де n - число крапель в обсязі 0,5 мл, 1: 400 - концентрація розчину.

У ванну наливаю воду товщиною 1 - 2 см. Насипаю тальк тонким шаром на аркуш паперу, б'ючи злегка пальцем по коробочці. Розташувавши аркуш паперу вище і збоку від ванни на відстані 10 - 20 см, тальк здував з паперу. На поверхню води у ванні з піпетки капають одну краплю розчину. Лінійкою вимірюю, середній діаметр утворився плями D і підраховую його площу. Досвід повторюю 2- 3 рази, а потім підраховую діаметр молекул d.

При виконанні лабораторної роботи слід мати на увазі, що іноді вода з міської мережі має домішки, що утрудняють розтікання краплі.

У цьому випадку необхідно ретельно промити ванну і використовувати дистильовану воду.

Спирт, що має домішки, може легко розтікатися по поверхні води, тому для розчину необхідний чистий етиловий спирт.

Для приготування розчину необхідної концентрації потрібно відміряти 0,5 мл рідини і додати в неї 4,5 мл спирту, потім в 0,5 мл отриманого розчину з концентрацією 1:10 додати 4,5 мл спирту; в 0,5 мл отриманого розчину з концентрацією 1: 100 додати 1,5 мл спирту. Одержаний розчин матиме концентрацію 1: 400. Якщо застосовувати розчин більшої концентрації, то необхідно мати ванну великих розмірів.

Висновок

В результаті роботи я вивчив літературу про будову молекул, про методи визначення діаметра молекул. Використовуючи метод Ленмюра і Діво, я провів дослідження з визначення приблизного діаметра молекули олеїнової кислоти і отримав наступні результати: d = 9,3 ? 10-10 м.

Даний результат не може бути точним, так як кульки не можна укласти так, щоб між ними не було проміжків, навіть якщо вони стикаються один з одним. Крім того, при такій «упаковці» молекул- кульок були б неможливі молекулярні руху. Проте обчислення розмірів молекул за формулою, наведеною вище, дають результати, майже збігаються з результатами інших методів, незрівнянно більш точних.

Список літератури

молекула атом розмір діаметр

1. Анциферов, Л. І. Саморобні прилади для фізичного практикуму в середній школі [Текст] / Л. І. Анціферов.- М .: Просвещение, 1985.

2. Блудов, М. І. Бесіди з фізики [Текст] / М. І. Блудов. - М .: Просвещение, 1992. - 140 с.

3. Фізика. Великий довідник для школярів і вступників у вузи [Текст] / - М .: Дрофа, 1999. - 688 с.

4. Фізичний енциклопедичний словник [Текст] / - М .: Радянська енциклопедія, 1983. - 928 с.

5. Енциклопедичний словник юного фізика [Текст] / - М .: Педагогіка, 1984.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка