Наблюдения и опыты подтверждающие атомно молекулярное строение вещества кратко

Обновлено: 02.07.2024

Лекция № 6 История атомистических учений. Масса и размеры молекул. Тепловое движение. Абсолютная температура

История атомистических учений

Молекулярная физика исходит из того, что любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из громадного числа молекул, которые находятся в беспорядочном движении, интенсивность которого зависит от температуры. При изучении молекулярной физики Вы познакомитесь со строением, структурой и свойствами некоторых материалов, с особенностями агрегатных изменений, рассмотрите зависимости количественных характеристик от физико-механических свойств веществ и их строения.

Молекулярная физика служит научной основой современного материаловедения, вакуумной технологии, порошковой металлургии, холодильной техники.

Атомизм — натурфилософская и физическая теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. Возникла в древнегреческой философии. Дальнейшее развитие получила в философии и науке Средних веков и Нового времени.

Термин атомизм употребляется в двух смыслах. В широком смысле атомизмом называется любое учение об атомах. Понимание в узком смысле — древнегреческая философская школа V-IV веков до н. э., учение которой является самой ранней исторической формой атомизма. В обоих случаях употребляется также термин атомистика. Термин атомистический материализм является более узким, так как некоторые сторонники учения об атомах считали атомы идеальными.

В индийской философии атомизм разрабатывался независимо от европейской философии. Примером этого может служить школа вайшешика. Европейская атомистика возникла в Древней Греции.

Школа атомистов

Атомизм был создан представителями до сократовского периода развития древнегреческой философии Левкиппоми его учеником Демокритом Абдерским. Согласно их учению, существуют только атомы и пустота. Атомы – мельчайшие, неделимые, не возникающие и не исчезающие частицы. Качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) сущности (частицы), обладающие определённой формой.

Атомы бесчисленны, так как пустота бесконечна. Форма атомов бесконечно разнообразна. Атомы являются первоначалом всего сущего, всех чувственных вещей, свойства которых определяются формой составляющих их атомов. Демокрит предложил продуманный вариант механистического объяснения мира: целое у него представляет собой сумму частей, а беспорядочное движение атомов, их случайные столкновения оказываются причиной всего сущего.

Платон

Сторонником атомизма был Платон, который считал, что атомы имеют форму идеальных Платоновских тел (правильных многогранников).

Эпикурейство

Эпикур, основатель эпикурейства, воспринял от атомистов учение об атомах.

В 18 веке М.В. Ломоносов предполагал, что:

атомно-молекулярные представления о строении вещества. В период господства теории теплорода утверждал, что теплота обусловлена движением корпускул.
молекула может быть однородной и разнородной и находиться в хаотическом движении.

В этом же столетие член Петербургской академии наук Даниил Бернулли впервые применил понятие молекулы для объяснения давления газов.

В 19 веке Д.К. Максвелл первым высказал утверждение о статистическом характере законов природы. В 1866 году им открыт первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям.

Эрнст Резерфорд предложил в 1911 году планетарную модель атома. Осуществил в 1919 первую искусственную ядерную реакцию.

Атомистика первой половины XX в.

Исследования по радиоактивности стали проводиться в России почти сразу после открытия Беккереля. Ученые И. И. Боргман (1900 г.) и А. П. Афанасьев исследовали свойства радиоактивного излучения, в частности лечебные свойства целебных грязей. В. К. Лебединский (1902 г.) и И. А. Леонтьев (1903 г.) изучали влияние радиоактивности на искровые разряды и определили одними из первых природу гамма-лучей.

Н. А. Орлов исследовал действие радия на металлы, парафин, легкоплавкие органические вещества. Кроме Петербургского университета такого рода работы велись в Медицинской академии, в университетах Новороссийска, Харькова и других городов. Важные результаты в этой области были получены В. А. Бородовским, Г. Н. Антоновым, Л. С. Коловрат-Червинским.

Многочисленные исследования, проведенные этими учеными, позволили сформулировать основные положения молекулярно-кинетической теории – МКТ.

МКТ объясняет строение и свойства тел на основе закономерностей движения и взаимодействия молекул, из которых состоят тела.

В основе МКТ лежат три важных положения, подтвержденные экспериментально и теоретически.

1.Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят еще более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно (прерывисто).

2.Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении.

3.Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Эти положения подтверждаются опытным путем.

Межмолекулярное взаимодействие – это взаимодействие электрически нейтральных молекул и атомов.

Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды. Если расстояние между молекулами достаточно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания.

Зависимости результирующей силы F и потенциальной энергии Ep взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами качественно изображены на рис.1. При некотором расстоянии r = r0 сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы.

Потенциальная энергия взаимодействия при r = r0 минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r0, нужно сообщить им дополнительную энергию E0. Величина E0 называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи.

Между электронами одной молекулы и ядрами другой действуют силы притяжения, которые условно принято считать отрицательными (нижняя часть графика). Одновременно между электронами молекул и их ядрами действуют силы отталкивания, которые условно считают положительными (верхняя часть графика).

На расстоянии равном размеру молекул результирующая сила равна нулю, т.е. силы притяжения, уравновешивают силы отталкивания. Это наиболее устойчивое расположение молекул. При увеличении расстояния притяжение превосходит силу отталкивания, при уменьшении расстояния между молекулами – наоборот.

Атомы и молекулы взаимодействуют, и значит, обладают потенциальной энергией.

Атомы и молекулы находятся в постоянном движении, и значит, обладают кинетической энергией.

Масса и размеры молекул

Большинство веществ состоит из молекул, поэтому для объяснения свойств макроскопических объектов, объяснения и предсказания явлений важно знать основные характеристики молекул.

Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающую его основными химическими свойствами.

Молекула состоит из ещё более мелких частиц – атомов, которые в свою очередь , состоят из электронов и ядер.

Атомом называют наименьшую частицу данного химического элемента.

Размеры молекул очень малы.

Порядок величины диаметра молекулы 1*10 -8 см = 1*10 -10 м

Порядок величины объёма молекулы 1*10 -20 м3

О том, что размеры молекул малы, можно судить и из опыта. В 1 л (м3) чистой воды разведем 1 м3 зеленых чернил, тете разбавим чернила в 1 000 000 раз. Увидим, что раствор имеет зеленую окраску и вместе с тем однороден. Это говорит о том, что даже при разбавлении в 1 000 000 раз в воде находится большое количество молекул красящего вещества. Этот опыт показывает, как малы размеры молекул.

В 1 см3 воды содержится 3,7*10 -8 молекул.

Порядок величины массы молекул 1*10 -23 г = 1*10 -26 кг

В молекулярной физике принято характеризовать массы атомов и молекул не их абсолютными значениями (в кг), а относительными безразмерными величинами относительной атомной массой и относительной молекулярной массой.

По международному соглашению в качестве единичной атомной массы m₀ принимается 1/12 массы изотопа углерода 12 С (m_0С):

Относительную молекулярную массу можно определить, если абсолютное значение массы молекулы (m_мол в кг) разделить на единичную атомную массу.

Относительная молекулярная (атомарная) масса вещества (из таблицы Менделеева)

Относительное число атомов или молекул, содержащихся в веществе характеризуется физической величиной, называемой количеством вещества.

Количество вещества ע – это отношение числа молекул (атомов) N в данном макроскопическом теле к числу молекул в 0,012 кг углерода N_A

Количество вещества выражают в молях

Один моль – это количество вещества, в котором столько же молекул (атомов), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит одинаковое число молекул.

Это число называют постоянной Авогадро N_A =6, 02 * 10 23 моль -1

Масса одного моля вещества называется молярной массой.

Число молекул в данной массе вещества:

Масса вещества (любого количества вещества):

m = m0*N = ν*Na*m0 = ν*M

Определение молярной массы:

Тепловое движение. Температура. Абсолютная температура

Температура, измерение температуры

Температура — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тел.

Однако ощущение тепла и холода является субъективным фактором, к примеру, если коснуться левой рукой деревянного тела, а правой – металлического тела, то левая рука ощущает тепло, правая – холод, хотя предметы находятся в одной комнате.

Отсюда вывод: с помощью ощущений судить о температуре невозможно.
Для количественной оценки состояния температуры тела используют приборы.

Первый прибор для объективной оценки температуры служил термоскоп,

изобретенный Галилеем в 1592 г. За счет изменения объема воздуха в шаре уровень воды в открытой трубке как поднимался, так и опускался. Таким образом, выясняли изменение температуры.

Но данное изобретение было несовершенным, во-первых, конец трубки не запаян, поэтому на изменение уровня воды в трубке влияло атмосферное давление, во-вторых, отсутствие числового значения температуры.

В дальнейшем в изобретении приборов для измерения температуры стали вносить изменения: концы трубок должны быть запаяны, вместо воды использовать ртуть или подкрашенный спирт, но и показания температуры должны быть представлены в виде числа, что способствовало изобретению термометра с определенной шкалой.

Ученые того времени располагали числа на шкале измерительного прибора по-разному, указав верхнюю и нижнюю опорные точки:

1.Г. Фаренгейт принял за опорные точки температуру таяния льда (32 °F) и среднюю температуру тела здорового человека (100 °F).

2.Р. Реомюр предложил один градус приравнять 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении.

3.Шведский физик А. Цельсий в качестве опорных точек использовал температуру замерзания воды и таяния льда (0 °С) и температуру кипения воды (100 °С) при нормальном атмосферном давлении.

4.У. Томсон ввёл абсолютную шкалу температуры, в которой за 0 K принята температура -273,15°С. Эта шкала нашла применение в науке и технике и стала основой международного стандарта.

Всеми названными температурными шкалами до сих пор пользуются в разных странах. Зная соотношение между ними, всегда можно сделать соответствующий перевод и представить температуру в знакомой шкале.

Таким образом, температура тел измеряется с помощью термометра и выражается в градусах Цельсия (°C — единица измерения температуры). Буквенное обозначение температуры – t 0 .

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА (термодинамическая температура) — температура Т, отсчитываемая от абсолютного нуля.
Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином) , в связи с чем шкалу абсолютной температуры
называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К) .
1К = 1 °С. Значения абсолютной температуры связаны с температурой по Цельсия шкале (t °С) соотношением t = Т — 273,15 К.

Тепловое движение

Известно, что диффузия или самопроизвольное взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого при более высокой температуре происходит быстрее. Из этого следует, что скорость перемещения молекул и температура взаимосвязаны между собой.

Если увеличить температуру, то скорость движения молекул увеличится, если уменьшить – понизится, так как движение частиц связано с кинетической энергией, поэтому температура — мера средней кинетической энергии движения структурных частиц тела. Чем больше эта энергия, чем выше температура тела.

Если рассмотреть движение частиц газа с большими скоростями в сосуде и в разных направлениях, то частицы начинают сталкиваться друг с другом и со стенками сосуда, что приводит к изменению направления и скорости движения частиц.

Беспорядочное движение структурных частиц, из которого состоят тела, называют тепловым движением.

Это движение никогда не прекращается. В тепловом движении участвуют все частицы тела, поэтому при изменении характера теплового движения меняется состояние самого тела и происходит переход из одного агрегатного состояния в другое.
К примеру, если повысить температуру льда, то частицы, находясь в строго определенном порядке, начинают отдаляться друг от друга, нарушая порядок в расположении частиц, и вещество переходит в жидкое состояние. Если же, наоборот, понижать температуру, к примеру, ртути, то она изменит свои свойства, и из жидкого состояния перейдет в твердое.

Указанные явления такие, как таяние льда, кристаллизация жидкости, относят к тепловым явлениям.

Итоги по теме урока

Таким образом, тепловые явления – это явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния. Все тепловые явления связаны с температурой, которая является главной характеристикой состояния тела.

Температура – это мера нагретости тел и к тому же физическая величина, для измерения которой используется такой прибор, как термометр. На сегодняшний день сохранились три основные шкалы: шкала Цельсия, Фаренгейта, Кельвина. Наибольшее распространение получила шкала Цельсия.

Доказательством первого положения являются законы постоянных и кратных отношений, а также непосредственное наблюдение этих частиц в электронный микроскоп.

Доказательством второго положения являются диффузия и броуновское движение.
Диффузия – это явление самопроизвольного проникновения молекул соприкасающихся веществ в межмолекулярное пространство друг друга. Диффузия происходит и в твёрдых телах, и в жидкостях, и в газах. А значит, молекулы вещества в любом агрегатном состоянии находятся в движении. Чем выше температура, тем больше скорость диффузии.
Примеры диффузии: распространение запаха, смешивание воды и спирта, налитых в один сосуд и т. д.

Броуновское движение – это явление хаотичного движения макроскопических мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием нескомпенсированных ударов молекул жидкости или газа.
Макроскопическими называют тела, состоящие из огромного количества микроскопических частиц (атомов, молекул) .
Пример броуновского движения – пылинка в воздухе, совершающая непрерывные и хаотичные движения под действием ударов молекул воздуха.
Можно сказать, что, броуновское движение – это косвенное доказательство движения молекул.
Броун наблюдал в микроскоп движения частиц краски, находящихся в воде, под действием нескомпенсированных ударов молекул воды.

Изменение физического состояния вещества подтверждает молекулярное строение. Например, диффузия, испарение, растворение веществ.

Атомарное строение молекул подтверждает химические реакции, связанные с перегруппировкой атомов и образованием новых молекул. Например — образование медного купороса.

Название работы: История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул

Категория: Конспект урока

Предметная область: Педагогика и дидактика

Описание: Наблюдения и опыты подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Среди трудов крупных философов-физиков занимавшихся учением о молекулярном строении вещества особую роль сыграли труды великого русского учёного М. Строение вещества дискретно прерывисто.

Дата добавления: 2015-02-11

Размер файла: 22.61 KB

Работу скачали: 80 чел.

1 История атомистических учений.

Основные представления, высказанные Ломоносовым, были в дальнейшем развиты Л.Больцманом, Р.Клаузисом, Д.Максвеллом, Л.Гей-Люссаком и др. Многочисленные исследования, проведённые этими учёными, позволили сформулировать основные положения молекулярно-кинетической теории . В основе теории лежат 3 важных положения, подтверждённые экспериментально и теоретически.

- Все тела состоят из мельчайших частиц атомов, молекул, в состав которых ещё более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение вещества дискретно (прерывисто).

- Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении.

- Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

2 Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное мтроение вещества.

В 1827 г. Английский ботаник Р.Броун (1773-1858 гг.) обнаружил, что частицы твёрдого вещества в жидкой среде совершают непрерывное хаотическое движение.

Тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частичек получило название броуновского движения. Причиной броуновского движения является непрерывное хаотическое движение молекул жидкости или газа, которые, беспорядочно ударяясь со всех сторон о взвешенные в жидкости (газе) частички, приводят их в движение.

Диффузией называется явление самопроизвольного проникновения одного вещества в другое. Диффузия в жидкостях происходит медленнее, чем в газах, но быстрее, чем в твёрдых телах, потому что чем плотнее вещество, тем ближе друг к другу расположены в нём молекулы.

3 Масса и размеры молекул.

Размер молекулы О 2 = 4∙10 -10 м, объём молекулы О 2 = 10 -20 м 3 .

Атом наименьшая частица данного химического элемента.

Молекула наименьшая устойчивая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Единичная атомная масса m 0 = 1/12 m 0 C = 1,66∙10 -27 кг.

М r относительная молекулярная масса

M r = m мол / m 0

A r относительная атомная масса

Количество вещества это отношение числа N молекул (атомов) в данном макроскопическом теле к числу N А атомов в 0,012 кг углерода:

Количество вещества выражают в молях.

Моль количество вещества, содержащего столько же молекул (атомов), сколько содержится молекул (атомов) в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит, по определению, одинаковое число молекул (атомов). Это число называют постоянной Авогадро.

N A = 6,02∙10 23 моль -1 .

Молярная масса М масса одного моля вещества:

Молярная масса выражается в кг/моль.

Моль при нормальных условиях занимает объём V 0 = 22,4∙10 -3 м 3 .

В 1м 3 любого газа при нормальных условиях содержится одинаковое число молекул:

N Л = N A / V 0 = 2,7∙10 27 м -3 .

N Л постоянная Лошмидта.

Определить массу одной молекулы воды.

Сколько молекул газа находится в сосуде вместимостью 0,15 м 3 при нормальных условиях?

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема урока: История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Преподаватель физики Кравцова О. С.

Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения, силы взаимодействия между частицами, образующими тела и характеры теплового движения этих частиц. Молекулярная физика служит научной основой современного материаловедения, вакуумной технологии, порошковой металлургии, холодильной техники.

Основоположниками атомистической теории стали философы Левкипп и его ученик Демокрит Левкипп из Абдеры или Милета (около V в. до н.э.) Демокри́т Абдерский (460-370 до н. э.)

Сторонником атомизма был и Платон, поставивший задачу, которая нашла свое окончательное решение лишь в науке нашего столетия. частицы отдельных элементов состоят из более мелких структурных единиц, в большей степени заслуживающих наименование элементарных, чем получающиеся из них более сложные образования.

Атомистическую теорию поддерживали также: римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (99-55 до н. э.) греческий философ Эпикур (341-270 до н. э.)

Выдающийся вклад в "корпускулярную" теорию внес Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Атомы и молекулы настолько малы, что человек с помощью органов чувств непосредственно ощутить их не может. Все вещества состоят из корпускул (молекул), представляющих собой собрание элементов (атомов). Простые вещества состоят из "однородных" корпускул, которые содержат одинаковое число одних и тех же элементов, а сложные вещества состоят из "разнородных" корпускул. Теплота есть следствие движения корпускул.

Д. Бернулли (1700-1782) член Петербургской академии наук Д. Бернулли объяснил давление газов с точки зрения существования молекул.

Джон Дальтон (6 сентября 1766 — 27 июля 1844) — английский провинциальный учитель-самоучка, химик, метеоролог и естествоиспытатель. Ввел в науку понятие атомного веса (атомной массы), приняв за единицу вес водорода. По Дальтону, атом - мельчайшая частица химического элемента, отличающаяся от атомов других элементов своей массой. Открыл явление диффузии газов.

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) В 1866 году им открыт первый статистический закон распределения молекул по скоростям

Основные положения МКТ Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят еще более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно (прерывисто). Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Опытное обоснование 1 положения. Электронный сканирующий микроскоп Атомы золота под электронным микроскопом

Опытное обоснование 2 положения В 1827 году англ. ботаник Броун открыл броуновское движение. Тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частичек получило название броуновского движения.

Причина броуновского движения частицы в том, что удары молекул о неё не компенсируются. Характер движения зависит от вида жидкости, размера и формы частиц, температуры.

Опытное обоснование 2 положения Диффузией называют явление самопроизвольного проникновения одного вещества в другое.

Опытное обоснование 3 положения. При изучении строения вещества было установлено, что между молекулами одновременно действуют силы притяжения и отталкивания, называемые молекулярными силами. Это силы электромагнитной природы.

Опытное обоснование 3 положения. Небольшой свинцовый цилиндр, разрезают его на две половины и быстро сдвигают их свежими срезами. Если место среза не успело окислиться, то обе части свинцового цилиндра соединятся в одно целое благодаря взаимодействию молекул. Если закрепить один из цилиндров в держатель, а к другому подвесить груз, то можно увидеть, что половинка цилиндра с грузом не падает. Чтобы произошло соединение, молекулы должны находиться на расстоянии друг от друга несколько меньше размеров самих молекул. Куски мягкого материала, например пластилина, слипаются легко. Это происходит потому, что их можно сблизить на такое расстояние, на котором действуют силы притяжения.

Это интересно Если бы размер молекулы увеличить до размера точки в конце предложения в книге, то толщина человеческого волоса стала бы равна 40 м, а человек, стоя на поверхности Земли, упирался бы головою в Луну! Если из детского резинового шарика, надутого и наполненного водородом (массой 3г), каждую секунду выпускать по 1 миллиону молекул, то понадобится 30 миллиардов лет! Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то все, что останется, сможет пролезть через игольное ушко.

Вопросы для закрепления новой темы В каком случае процесс засолки происходит быстрее – если рассол холодный или горячий? Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов? Как вы думаете, что может произойти в результате ядерной войны? Почему когда чертят мелом по классной доске, то частички его остаются на ней? В микроскопе изучают микроорганизмы. Наблюдается ли при этом их броуновское движение? Почему сахар и другие пористые продукты нельзя хранить вблизи пахучих веществ? Из сырого дерева выточили два шара. Поверхность одного из них покрыли спиртовым лаком. Почему шар, поверхность которого не покрывали лаком, через некоторое время растрескался, а шар покрытый лаком остался целым?

Читайте также: