Как можно доказать что между атомами существуют промежутки
Аллотропия. Взаимодействие между молекулами
Содержание
Мы уже знаем, что молекула и атомы – наименьшие частицы, составляющие то или иного вещества. Однако, иметь знания о составляющих вещество молекулах недостаточно, чтобы описать его свойства. Например, пар и лед состоят из одинаковых молекул воды, но свойства у них отличаются.
Вспомните конструктор «Лего». Мы высыпаем из коробки просто кучу деталей, которые можно собрать и построить дом или автомобиль, в зависимости от того, каким образом одни и те же детали будут нами соединены.
Аналогично обстоит дело и с веществом. Чтобы его описать, необходимо не только знать атомный и молекулярный состав, но и способы соединения частиц, а также их взаимодействия.
Свойство разных простых веществ состоять из одинаковых частиц называется аллотропией, а сами вещества – аллотропными модификациями.
Самым большим количеством аллотропных модификаций обладает углерод (рисунок 14). Его атом получил свое название от вещества, состоящего из атомов угля.
Из таких же самых атомов состоят сажа, графит и алмаз. Просто атомы в них по-другому расположены и по-другому взаимодействуют. Поэтому, их свойства сильно отличаются: из твердого алмаза делают режущие инструменты, а из мягкого графита – стержни для карандашей.
Рисунок 15. Аллотропные модификации углерода.
Взаимное притяжение молекул
Если же все молекулы находятся в беспрерывном движении, почему твердые и жидкие тела не распадаются? Значит, молекулы как-то взаимодействуют между собой, взаимно притягиваются друг к другу.
Но, если вы сломаете карандаш, он же не склеится обратно? Из этого можно сделать просто вывод, что притяжение между молекулами действует только на очень коротком расстоянии. Притяжение между молекулами разных тел неодинаково, что объясняется различной прочностью.
Рассмотрим следующий опыт: если у двух цилиндров идеально ровно срезать поверхности и прижать их друг к другу, вам удастся разорвать их только при большой нагрузке (рисунок 16).
Рисунок 16 Сцепление двух свинцовых цилиндров.
Заметим, что притяжение между молекулами становится заметным, когда расстояние между ними не превышает размеров самих молекул.
Если мы попытаемся таким же образом соединить осколки стекла, то из-за неровностей у нас ничего не выйдет – расстояние между молекулами окажется слишком велико.
Но если нагреть куски стекла, то стекло станет возможно починить. На том же принципе происходит соединение кусков металла при сварке или пайке.
Но почему тогда между молекулами существуют промежутки? По логике вещей, они должны намертво слипнуться. Но этого не происходит, поскольку между молекулами (атомами) в то же время существуют силы отталкивания.
На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул (атомов), заметнее проявляется притяжение, а при дальнейшем сближении – отталкивание (рисунок 17).
Рассмотрим примеры, подтверждающие существование отталкивания между молекулами. Если вы несильно скомкаете лист бумаги, постепенно он начнет расправляться, так как при сжатии молекулы оказались настолько близко друг к другу, что начало проявляться отталкивание. Другие явление связаны со смачиванием твердого тела жидкостью. Взгляните на рисунок 18.
Рисунок 18. Иллюстрация опыта, доказывающего притяжения между молекулами вещества и демонстрирующего эффект смачивания.
На пружине с помощью нитей закреплена стеклянная пластина, ее подносят к емкости с водой так, чтобы она легла на поверхность жидкости.
Когда мы пытаемся оторвать платину от поверхности воды, пружина заметно растягивается. Это доказывает существование притяжения между молекулами.
К тому же, мы можем заметить, что стеклянная пластина теперь покрыта тонким слоем воды – это значит, что разрыв произошел там, где молекулы воды соприкасаются друг с другом, а не с поверхностью стекла.
Благодаря эффекту смачивания мы можем вытирать мокрые предметы, но с другой стороны, вода может и не смачивать тела (парафин/воск/жир) – это означает, что молекулы жидкости притягиваются друг к другу с большей силой, чем к молекулам твердого тела.
4 Высокий уровень
Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы
1. а) Почему детский резиновый шарик, наполненный теплым воздухом, через несколько часов уже не поднимается вверх?
б) Почему нельзя соединить две деревянные линейки в одну, плотно прижав их друг к другу?
в) Почему при резком ударе ладонью по поверхности воды ощущение такое, будто ударили по железу?
2. а) Почему не рекомендуется перевозить в одном автомобиле продукты вместе с керосином или бензином?
б) Может ли медь быть жидкой, а ртуть — твердой? При каких условиях?
в) Чем отличалось бы движение данной молекулы в воздухе от ее движения в вакууме?
3. а) Как можно доказать, что между атомами существуют
промежутки?
б) Чтобы огурцы получились малосольными, их нужно засаливать в холодном помещении. Почему?
в) Сформулируйте гипотезу о строении вещества. Как вы можете ее обосновать? Какие ваши собственные наблюдения убеждают в ее справедливости? Можно ли считать гипотезу доказанной современной наукой?
4. а) Почему не рекомендуется хранить в холодильнике рядом с молочными продуктами чеснок или нарезанный лук? б) Объясните на основе молекулярной теории, чем отличается холодная вода от теплой.
в) Почему в помещении, в котором часто курят, одежда и вещи пахнут дымом?
I». а) Для чего при складывании полированных стекол между ними кладут бумажные ленты?
б) Лед расплавили и превратили в воду. Эту воду нагрели до кипения и полностью испарили. Изменялись ли молекулы воды в этих превращениях? Что изменилось в характере движения и взаимодействия молекул?
в) Переверните стакан вверх дном и медленно погружайте его в широкий сосуд с водой. Наблюдайте за изменением объема воздуха в нем при погружении. Какие выводы можно сделать? Как объяснить наблюдаемое?
<>. а) Что произошло бы с телами, если бы вдруг их молекулы перестали притягиваться друг к другу? отталкиваться друг от друга?
б) Сравните жидкое и газообразное состояния вещества. Что общего и в чем различия этих состояний?
в) Почему при склеивании и паянии применяют жидкий клей и расплавленный припой?
Домашние экспериментальные задания
Средний уровень
1. Наполните стакан доверху водой. Осторожно и медленно всыпьте столовую ложку соли. При этом вода из стакана не выливается. Объясните этот факт.
2. На дно стакана положите несколько крупинок марганцовки’1 и осторожно налейте сверху немного холодной воды. Понаблюдайте, как меняется цвет воды. Какое явление вы наблюдали?
Л. Проведите тот же опыт, что и в предыдущей задаче, но марганцовку залейте горячей водой. Что изменится в наблюдении данного явления? Почему?
I Проверьте, что происходит с воздухом при его нагревании. Для этого пустой воздушный шарик наденьте на горлышко
Традиционное название перманганата калия.
бутылки (рис. 1). Подержите эту бутылку в течение минуты в тазике с горячей водой (рис. 2). При этом шарик надувается (рис. 3). А теперь поставьте бутылку под струю холодной воды (рис. 4). Объясните результаты проведен
ных опытов.
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4
5. Возьмите тарелку, налейте в нее воды и сразу слейте. Затем кусок мыла, сильно прижимая к тарелке, поверните несколько раз и поднимите вверх. При этом с мылом поднимется и тарелка (см. рисунок). Почему?
6. Проверьте опытным путем, что сухие листы бумаги не прилипают друг к другу, а смоченные водой прилипают. Объясните это явление.
Достаточный уровень
1. Разбрызгайте в углу комнаты несколько капель духов. Зафиксируйте, через какое время вы услышите запах духов в противоположном углу комнаты. Объясните почему это время достаточно велико (ведь скорость движения молекул в воздухе достигает нескольких сотен метров в секунду).
2. Переверните стакан вверх дном и медленно погружайте его в широкий сосуд с водой. Наблюдайте за объемом воздуха в стакане при погружении. Какие выводы можно сделать? Объясните наблюдаемое явление.
‘*• Вставьте воронку в пустую бутылку, плотно прижмите воронку к стенке горлышка бутылки. Попытайтесь наполнить бутылку водой. Почему вам это не удастся? Объясните наблюдаемое явление.
4. Возьмите сырую картофелину и разрежьте ее пополам. В центр среза капните несколько капель марганцовки и соедините обе половинки. Через некоторое время разъедините их. Назовите наблюдаемое явление и объясните его.
5. Понаблюдайте, где в домашних условиях используется явление диффузии. От чего зависит скорость диффузии? Как можно ускорить диффузию? Как домохозяйки ведут борьбу с вредными проявлениями диффузии? Каждый пример запишите в тетрадь и объясните.
6. Возьмите две прямоугольные стеклянные пластинки небольших размеров, хорошо вымойте их и просушите. Приложите плотно друг к другу. Легко ли их разъединить? То же самое проделайте с мокрыми пластинками. Объясните наблюдаемое явление.
Высокий уровень
1. Вам надо установить, зависит ли скорость диффузии в жидкостях от температуры. Как вы поставите опыт? Проведите опыт и проверьте, действительно ли такая зависимость существует.
2. Придумайте и продемонстрируйте несколько опытов, при помощи которых можно показать, что между молекулами твердых тел имеются промежутки.
3. Воспользовавшись линейкой, определите объем нескольких кусочков сахара-рафинада. Опустите сахар в мензурку с водой и растворите его. Определите, на сколько делений вода должна была бы подняться и на сколько делений она поднялась фактически. Объясните разницу. В какой воде (теплой или холодной) опыт проходит быстрее? Почему?
4. Возьмите две или три пары различных жидкостей (например, раствор медного купороса и воду и др.). Исследуйте, зависит ли скорость диффузии от свойств соприкасающихся жидкостей. Для этого вы можете в стеклянный
сосуд налить до половины воды. Возьмите воронку с длинным горлышком и опустите ее в сосуд так, чтобы конец горлышка доходил до дна. Затем осторожно наливайте в сосуд другую жидкость. Жидкости в сосуде разделятся на два слоя с резко выраженной границей между ними. Наблюдение за жидкостями проводите в течение нескольких часов. Сделайте выводы из наблюдаемых явлений.
5. Возьмите невысокую банку из-под консервов, проколите изнутри в дне отверстия диаметром 1—2 мм. Расплавьте парафин и обмакните в него дно банки. Если парафиновая пленка затянет отверстия, то осторожно проколите их вновь. Налейте в банку воды слоем 7—10 мм. Объясните, почему вода не выливается из банки.
6. Поставьте стакан, наполненный водой, на подставку, а второй, пустой, — на стол. Попробуйте с помощью полоски сукна или другой материи перелить воду из верхнего стакана в нижний. Где подобное явление используется на практике?
7. Утверждение, что жидкость «не имеет своей формы», а всегда принимает форму сосуда, не совсем правильно. Капните водой на тарелку, смазанную любым жиром (например, сливочным или растительным маслом). Вы увидите, что капли не растекаются, а принимают примерно шарообразную форму. Такую же форму имеют и капельки росы на траве и листьях (см. рисунок). Почему же капли шарообразные? Объясните.