Распространение запахов с точки зрения атомно молекулярной теории

1. Закон сохранения массы вещества. Применяя количественные методы исследования химических реакций, М. В. Ломоносов установил, что при химических превращениях общий вес вещества остается неизменным. На основании своих опытов он сформулировал закон сохранения массы веществ:

Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

С точки зрения атомно-молекулярной теории закон сохранения массы веществ объясняется тем, что при химических реакциях общее количество атомов не изменяется, а происходит только их перегруппировка. А так как атомы имеют постоянную массу, то это и приводит к закону сохранения массы веществ.

Закон сохранения массы веществ при химических реакциях Ломоносов рассматривал как одно из проявлений всеобщего закона сохранения материн и движения.

Достижения современной физики подтвердили взгляды Ломоносова на то, что закон сохранения массы веществ является частным случаем более общего закона сохранения материи. Только материя в любых процессах сохраняется, а масса, которая является лишь одной из характеристик материи, может переходить в другую ее форму — энергию. Математически этот закон выражается известным уравнением Эйнштейна

Закон Эйнштейна подробно, изучался вами в курсе физики. Он имеет большое значение при изучении радиоактивных превращений.

2. Закон постоянства состава. Закон сохранения

массы веществ послужил основой для изучения количественного состава различных веществ, и к началу XIX в. накопился уже большой экспериментальный материал, обобщив который французский ученый Ж. Л. Пруст сформулировал закон постоянства состава:

Независимо от способа получения данного соединения весовой состав его всегда один и тот же.

Закон постоянства состава находится в полном соответствии с атомно-молекулярным учением. Действительно, любое вещество состоит из молекул, а каждая молекула — из определенного количества атомов. Атомы имеют постоянную массу, следовательно, весовой состав вещества остается всегда постоянным.

3. Закон эквивалентов. К концу XVIII в. на основе изучения опытных данных было замечено, что элементы взаимодействуют друг с другом в строго определенных весовых отношениях. Так, с 1,008 весовыми частями (в. ч.) водорода соединяются 8 в. ч. кислорода, или 16 в. ч. серы, или 35,5 в. ч. хлора и т. д. Эти весовые Количества эквивалентны (равноценны) между собой. Понятие о соединительных весах элементов — их эквивалентах— впервые было введено Дальтоном.

Эквивалентом элемента называется число, которое показывает, сколько весовых частей элемента соединяется с 8 весовыми частями кислорода или с 1 весовой частью водорода, или замещает (непосредственно или косвенно) те же количества водорода и кислорода в, их соединениях при химических превращениях.

Закон эквивалентов формулируется таким образом:

Элементы соединяются между собой и замещают друг друга в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Закон эквивалентов можно записать

где— массы взаимодействующих элементов—эквиваленты элементов А и В.

Этим уравнением, выражающим закон эквивалентов в математическом виде, очень удобно пользоваться при решении различных задач.

Из закона эквивалентов непосредственно вытекает, что

1) число 8 для кислорода и число 1 для водорода являются эквивалентами этих элементов, т. е.

2) эквивалент элемента можно определить по составу его соединения с другим элементом, эквивалент которого известен.

Если элемент образует несколько соединений с другим элементом, то эквивалент его, очевидно, будет иметь различные значения в зависимости от того, из какого соединения он был вычислен. Но все эти различные значения эквивалента будут относиться друг к другу как небольшие целые числа. Когда два элемента образуют несколько различных соединений друг с другом, массы одного элемента, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого элемента, относятся между собой как небольшие целые числа (закон кратных отношений -подробнее см. далее).

Закон эквивалентов находится в полном соответствии с атомно-молекулярной теорией. При химических реакциях атомы одного элемента соединяются с определенным числом атомов другого элемента, а поскольку атом каждого элемента характеризуется постоянной массой, то количества вступающих в реакцию элементов также вполне определенны и равноценны между собой (эквивалентны).

Важнейшей характеристикой химического элемента является его валентность — свойство атомов данного элемента присоединять определенное число атомов другого элемента (подробно см. § 2, гл. III).

Между эквивалентом Э, атомной массой А и валентностью В элемента существует зависимость т. е. эквивалент элемента можно рассчитать, разделив атомную массу элемента на его валентность.

Понятие об эквиваленте распространяется и на сложные вещества (подробно см. § 4, гл. VI). Заметим, что в этом случае закон эквивалентов для веществ можно сформулировать так:

Химические вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Математическое выражение этого закона останется в прежней форме , только в этом случае—» массы взаимодействующих веществ

эквиваленты этих веществ.

4. Закон кратных отношений определяет, что если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного из элементов в разных соединениях относятся между собой как целые числа.

Способность элементов вступать в соединения лишь определенными «порциями» свидетельствует об атомно-молекулярном строении вещества. Например, азот и кислород дают пять окислов:

Количества кислорода в них, приходящиеся на одно и то же количество азота, относятся как целые .числа — 1 : 2 : 3 : 4 : 5. Это объясняется тем, что одинаковое число атомов азота в молекулах разных окислов связано с различным числом атомов кислорода.

Таким образом, после прочтения настоящей главы мы убедились, что к концу 60-х годов прошлого века было неоспоримо доказано существование атомов и молекул, была разработана стройная теория атомно-молекулярного учения, на которой базировалась вся физика и химия того времени. Мы познакомились пока лишь с основными понятиями и некоторыми из основных законов химии. Подчеркнем еще раз, что атомно-молекулярное учение базировалось на представлениях о том, что атом неделим. Вследствие этого атомно-молекулярная теория оказалась не в состоянии объяснить ряд экспериментальных фактов конца XIX и начала XX в., показавших, что атомы «делимы», т. е. состоят из каких-то более мелких частиц. Более того, на основании только атомно-молекулярного учения трудно было понять и целый ряд ранних результатов. Например, без дополнительных сведений о природе газообразного состояния трудно объяснить закон Авогадро. Поэтому

закон Авогадро и ряд других законов и понятий мы рассмотрим далее (см. гл. IV), когда познакомимся подробнее с современными представлениями о молекуле, веществе и т. д.

На вопрос о механизме распространения запаха практически любQой преподаватель учебного заведения ( да и не только) ответит, что, конечно, это же диффузия. Однако ответ на этот вопрос не является таким очевидным.

Прежде всего, следует сослаться на публикацию в приложении к журналу «Квант» [1]. Там при решении задачи о механизме распространении запах в воздухе говорится о распространении запаха за счет конвекции, но в качестве альтернативы рассмотрено и влияние диффузии на этот процесс.

Попытаемся более подробно разобраться в этом вопросе. Первое, что надо сделать, это построить модель процесса распространения запаха. Начнем с диффузии в газах. ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio – распространение – растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде.

В 1920 году Штерн ставит опыты по определению скоростей теплового движения молекул в опытах с молекулярными пучками. Эти опыты дали для наивероятнейшей скорости молекул серебра значения около 500 м/с. Совершенно ясно, что молекулы в газе не перемещаются поступательно именно с такой скоростью. Внутри вещества находится колоссальное количество молекул. Из основного уравнения МКТ

следует, что концентрация молекул газа равна

.

Рассчитаем концентрацию при нормальном атмосферном давлении и температуре 273 К.

.

Нам невозможно представить себе такое число. Это невообразимо огромная величина, в земных условиях нет такого количества счетных величин. Расстояние, на которое перемещается молекула между двумя последовательными столкновениями, называется ее длиной свободного пробега. В силу хаотичности движения прямолинейные участки траектории, по которой движется молекула, могут сильно различаться по своей длине. Поэтому говорят о средней длине свободного пробега. Длина свободного пробега обратно пропорциональна квадратному корню из концентрации молекул.

.

В воздухе школьного класса при нормальной плотности в течение 1 с молекула испытывает около 1 млрд. столкновений. При этом она постоянно меняет направление своего движения. Как же рассчитать теоретически время поступательного перемещения молекулы в одном направлении?

В какой-то мере диффузию можно уподобить броуновскому движению. Конечно, размер атомов гораздо меньше размера броуновских частиц, но нам кажется, что это не является принципиальным препятствием к проведению некоторых численных оценок.

Броуновское движение молекул подтверждает хаотический характер теплового движения и зависимость интенсивности этого движения от температуры. Впервые беспорядочное движение мелких твердых частиц, наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 году, рассматривая взвешенные в воде твердые частички – споры плауна. С тех пор, движение частиц в жидкости или газе называется броуновским.

Теория броуновского движения в реальной жизни

Теория случайных блужданий имеет важное практическое приложение. Говорят, что в отсутствие ориентиров (солнце, звезды, шум шоссе или железной дороги и т.п.) человек бродит в лесу, по полю в буране или в густом тумане кругами, все время возвращаясь на прежнее место. На самом деле он ходит не кругами, а примерно так, как движутся молекулы или броуновские частицы. На прежнее место он вернуться может, но только случайно. А вот свой путь он пересекает много раз. Рассказывают также, что замерзших в пургу людей находили «в каком-нибудь километре» от ближайшего жилья или дороги, однако на самом деле у человека не было никаких шансов пройти этот километр, и вот почему.

Чтобы рассчитать, насколько сместится человек в результате случайных блужданий, надо знать величину λ, т.е. расстояние, которое человек может пройти по прямой, не имея никаких ориентиров. Эту величину с помощью студентов-добровольцев измерил доктор геолого-минералогических наук Б.С. Горобец. Он, конечно, не оставлял их в дремучем лесу или на заснеженном поле, все было проще – студента ставили в центре пустого стадиона, завязывали ему глаза и просили в полной тишине (чтобы исключить ориентирование по звукам) пройти до конца футбольного поля. Оказалось, что в среднем студент проходил по прямой всего лишь около 20 метров (отклонение от идеальной прямой не превышало 5°), а потом начинал все более отклоняться от первоначального направления. В конце концов, он останавливался, далеко не дойдя до края.

Пусть теперь человек идет (вернее, блуждает) в лесу со скоростью 2 километра в час (для дороги это очень медленно, но для густого леса – очень быстро), тогда если величина λ равна 20 метрам, то за час он пройдет 2 км, но сместится всего лишь на 200 м, за два часа – примерно на 280 м, за три часа – 350 м, за 4 часа – 400 м и т. д. Двигаясь по прямой с такой же скоростью, человек за 4 часа прошел бы 8 километров.

Далее следует вспомнить работы А. Эйнштейна и М. Смолуховского [2]. Именно они для броуновского движения получили выражение для среднеквадратичного смещения частицы вдоль произвольного направления:

,

здесь – коэффициент диффузии, t – время движения частицы. Зная коэффициент диффузии в газах D, и, задавая расстояние R, можно оценить время прохождения частицей этого расстояния.

Если для коэффициента диффузии паров спирта в воздухе взять величину D=10-5 м2/с, для расстояния R=1 м, то получим время t

5⋅104 с = 13,9 ч. Это достаточно красноречивый результат.

С другой стороны, нельзя ли рассматривать распространение запаха в условиях нарушения равновесности состояния среды (например, при наличии градиента концентрации)? Ведь согласно уравнения состояния идеального газа (1), и при наличии градиента концентрации в изотермической среде появляется градиент давления, который может привести к появлению конвекционных гидродинамических потоков внутри отдельных областей газа. В этом случае уже приходится говорить о конвекции, как основном механизме распространения запаха. Например, в условиях тепловой конвекции видно, что дым от сигарет достаточно быстро распространяется во все стороны, а не только вверх, под действием силы Архимеда, или вниз под действием силы тяжести. Правда, в этом случае речь идет о тепловой конвекции.

Перенос вещества, обусловленный одновременно молекулярной диффузией и макроскопическим движением среды (конвекцией), называется конвективной диффузией.

Конвективная диффузия может быть вызвана как действием на систему разности давлений, так и гравитационным полем. Если идет речь о сигаретном дыме, то мы имеем дело с конвективной диффузией, вызванной действием силы тяжести. В нашем случае при распространении запаха мы, вероятнее всего, имеем дело с конвективной диффузией, вызванной разностью давлений в различных частях среды. Механизм этого процесса достаточно сложен и выходит за рамки школьного курса физики.

Во второй части нашей статьи мы рассмотрим эксперимент, который был поставлен для выяснения роли конвективной диффузии в распространении запаха.

Объясните с точки зрения атомной молекулярной теории следующее факты и явления.
1)Распространение запахов-
2)Диффузия-
3Испарение и возгонка-
4)Изменения объёма тел при изменении температуры-
5)Уменьшение суммарного объёма при смешивании некоторых жидкостей-
6)Упругость мяча-
7)Различная плотность веществ-
8)Различные химические свойства вещества-
Помогите,пожалуйста.

2 при диффузии молекулы одного вещества проникает между промежутками другого вещества ( в газах расстояние между молекулами очень большое и в жидкостях расстоянием между молекулами чуть больше размеров самих молекул) также молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении.

Если ответ по предмету Химия отсутствует или он оказался неправильным, то попробуй воспользоваться поиском других ответов во всей базе сайта.

Тема: Атомно – молекулярное учение

Интегрированный урок (физика – химия)

Тема: Атомно – молекулярное учение.

Разработала: учитель химии и биологии НОУ СОШ «Кристалл»

— Обобщить знания учащихся об атомах и молекулах; об атомно – молекулярном учении, опираясь на знания учащихся, полученных в курсе физики и химии;

— систематизировать знания учащихся о развитии и создании атомно-молекулярной теории, о работах учёных в области атомно-молекулярной теории;

— научить учащихся анализировать физические и химические явления и уметь объяснять их сущность с точки зрения атомно-молекулярного учения.

Оборудование: модели атомов, магнитная доска, мультимедиа-проектор.

2. Постановка целей урока.

Учитель химии: Ребята, тему “Атомно-молекулярное учение” вы изучаете на уроках физики и химии. Сегодня мы обобщим знания, полученные вами по данной теме.

3.Основная часть урока.

Вернёмся на несколько минут в прошлое…

2500 лет назад древнегреческий учёный-философ Демокрит высказал мысль о том, что все тела состоят из мельчайших частиц-атомов.

На экране: портрет Демокрита и его высказывание.

Ученик: Демокрит пришёл к заключению, что”вещи не разрушаются в ничто, т. е. никогда не уничтожаются до конца. Следовательно, в природе должны существовать какие-то неуничтожимые тела, которые составляют любую вещь, ибо в противном случае новые растения и животные должны были бы создаваться из ничего”.

Такие неуничтожимые, невидимые и неделимые частицы были названы атомами (в переводе с греческого атом означает неделимый, нерассекаемый).

Важнейшие моменты в учении Демокрита следующие:

1.В мире существуют только атомы, пустота и движение; атомы — невидимые, неделимые, неуничтожимые, непроницаемые материальные элементы, различающиеся величиной, формой, положением в пустоте.

Пустота – это пространство, в котором размещены атомы, это необходимое условие их существования.

2.Движение атомов хаотично из-за столкновений, которые иногда приводят к образованию самых различных тел.

3.Атомы различаются по форме и размерам, что наряду с разнообразием их сочетаний обусловливает существование всех вещей в мире.

4.Ничто не возникает в мире случайно. Любые явления человеческой жизни имеют необходимую причину.

Книга для чтения по неорганической химии. Часть 1,страница10-11.

Возродил и развил атомизм Демокрита Эпикур (341-270 г. г. до н. э.). Существенный шаг сделан Эпикуром в развитии представлений о движении атомов. Эпикур рассматривая три вида движения атомов: общее движение вниз под действием массы по параллельным линиям; самопроизвольные отклонения от прямолинейного пути; столкновение атомов друг с другом.

Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (99-95 гг. до н. э.) отразил взгляды Эпикура в произведении «О природе вещей».

Речь я начну и открою вещей основное начало,

Коим всё зиждется, крепнет, растет, и родится в природе:

Также – во что претворяет природа все вещи по смерти

Это начало – материя, тельца вещей родовые.

Первоначальное правило ставит природа такое:

Из ничего даже волей богов ничего не творится.

На составные частицы, пропасть же ничто в ней не может…

Не пропадает бесследно ничто, но в своём разложении

Все возвращаются вещи на лоно материи снова…

Как я сказал уже, из ничего не рождаются вещи,

Также не могут они, народившись, в ничто обратиться.

Чтоб к положеньям моим ты не начал питать недоверья

Лишь по тому, что твой глаз этих телец первичных не видит,

Я докажу, что бывают они, несомненно в предметах

Даже тогда, когда глаз никакой их не может заметить.

Учитель химии: ребята, вы знаете, что атомно – молекулярное учение было создано в середине 18 века.

Какие основные положения атомно – молекулярного учения вы знаете?

Существуют вещества молекулярного и немолекулярного строения. Вещества молекулярного строения состоят из молекул, немолекулярного строения – из атомов.

У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллической решетки находятся молекулы, у веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллической решетки находятся – атомы.

2. Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от

агрегатного состояния и температуры. Молекулы находятся в непрерывном движение, атомы также находятся в непрерывном движение.

3. Между молекулами существуют силы отталкивания и притяжения.

4. Атомы одного вида отличаются от атома другого вида массой и свойствами.

При химических явлениях молекулы разрушаются, атомы сохраняются; при физических явлениях молекулы также сохраняются.

Учитель физики: ребята, мы повторили основные положения атомно-молекулярного учения. Однако теория пуста, если её не подтвердить примерами.

Учитель химии: Откройте тетрадь, запишите тему урока и начертите таблицу:

Примеры физических явлений

Примеры химических явлений

1. Какие опыты доказывают, что все вещества состоят из молекул?

2. Что такое диффузия? Приведите примеры диффузии.

3. От чего зависит скорость диффузии?

Учащиеся делают записи:

Диффузия доказывает существование молекул. Примеры: растворение сахара в воде, смешивание газов. Скорость диффузии зависит от температуры.

1. Какие опыты доказывают существование

атомов, а также то, что молекулы состоят из атомов?

Работа с магнитной доской:

1) Разложение воды под действием электрического тока и образование молекулы сульфида железа.

1. Что такое броуновское движение?

2. Почему броуновское движение является доказательством беспорядочного движения?

3. От чего оно зависит?

Учащиеся записывают выводы в таблицу.

1. Как взаимодействуют между собой молекулы?

Учащиеся записывают выводы в таблицу.

1. Почему однородную смесь можно разделить способом фильтрования, а неоднородную смесь невозможно?

2. Объясните способы разделения смесей фильтрование и хромотографию с точки зрения атомно — молекулярного учения.

1. Почему газы легко сжимаются, жидкости труднее, а твёрдые вещества практически не сжимаются?

Учитель химии: Таким образом, мы с вами подтвердили основные положения атомно-молекулярного учения.

Итак, уточним еще раз основные понятия:

1. Что такое атом?

2. Что такое молекула?

3. Какие явления называются физическими и химическими?

А сейчас вам предлагается устный физико-химический диктант.

На основании ниже перечисленных признаков определите, к каким явлениям можно отнести следующие превращения:

1. При сжигании желтой серы образуется газ с резким запахом;

2. При внесении медной пластинки красного цвета в пламя спиртовки она покрывается черным налетом;

3. При внесении стакана с водой в холодильник вода через некоторое время превращается в лед;

4. При температуре 100°С вода кипит;

5. При кипении водопроводной воды на стенках чайника образуется белый осадок;

6. Распространение запахов цветов;

7. При горении спиртовки спирт сначала испаряется, а затем сгорает с образованием воды и углекислого газа;

8. Работа гальванического элемента, сопровождающаяся выделением электрического тока?

Учащиеся отвечают устно.

Учитель химии: таким образом, при физических явлениях вещества изменяют только агрегатное состояние, а при химических – превращаются в другие вещества.

Учитель физики: Вам предлагается выполнить самостоятельную работу, дать ответы на тесты ( тесты прилагаются).

1. Что называется химическим элементом?

2. Сколько химических элементов вам известно?

3. Повторим знаки химических элементов (Работа с карточками химических элементов).

Учитель химии: 1. Что такое относительная атомная масса? Определите по периодической системе относительную атомную массу кислорода, углерода и водорода.

2. Используя понятие «химический элемент», дайте определение простым и сложным веществам.

3. Из приведенного перечня веществ на доске выпишите формулы простых и сложных веществ.

Н2, О2 , СО2 , МgO, Cu, FeS, H2 O.

4. Выводы по уроку: Таким образом, мы живем в мире веществ, которые состоят из атомов и молекул. С веществами происходят физические и химические явления, которые можно объяснить с точки зрения атомно-молекулярного учения, созданного великим русским ученым .

Изучением физических и химических явлений занимается физика и химия, и вы сегодня, надеюсь, поняли, что эти две науки тесно связаны между собой.

5. Рефлексия учащихся: учащиеся высказывают свое мнение о значимости проведения интегрированных уроков.

1. Может ли капля растительного масла беспредельно растекаться по поверхности воды?

1. Может. Ей ничто не препятствует.

2. Нет. Будет растекаться до тех пор, пока толщина слоя не окажется равной размерам

наименьшей частицы масла.

2. Мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества, называются…

3. Составные части мельчайших частиц называются…

4. В каких веществах / твёрдых, жидких, газообразных/ происходит диффузия.

1. Диффузия происходит только в газах.

2. Диффузия происходит только в жидкостях.

3. Диффузия происходит только в твёрдых телах.

4. Диффузия происходит в твёрдых, жидких и газообразных телах.

5. Для того, чтобы свежие огурцы быстрее засолились, их заливают горячим рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?

1. Быстро растворяет соль.

2. Расстояние между молекулами клетчатки огурцов становится больше, и сам процесс увеличивается, и диффузия протекает быстрее.

6. Между молекулами в веществе…

1. Существует взаимное притяжение и отталкивание.

2. Не существует ни притяжения, ни отталкивания.

3. Существует только притяжение.

4. Существует только отталкивание.

1. Все молекулы одного и того же вещества…

1. Не отличаются друг от друга.

2. Отличаются друг от друга.

2. Молекулы различных веществ…

1. Не отличаются друг от друга.

2. Отличаются друг от друга.

3. Что такое диффузия?

1. Явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.

2. Явление, при котором вещества смешиваются друг с другом.

3. Явление, при котором вещества сами по себе смешиваются друг с другом.

4. Зависит ли диффузия от температуры?

1.Чем выше температура, тем диффузия протекает быстрее.

2. Чем выше температура, тем диффузия протекает медленнее.

3. Диффузия не зависит от температуры.

5. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в горячей и холодной воде?

2. В горячей воде скорость меньше, чем в холодной.

3. В горячей воде скорость больше, чем в холодной.

6. Молекулы притягиваются друг к другу. Но почему между ними существуют промежутки и они не «слипаются» между собой? Это происходит потому, что они…

2. Очень слабо притягиваются друг к другу.

3. При большом сближении отталкиваются друг от друга.

Электронная (атомно-молекулярная) теория

Читайте также:

1. Cm власова Н. Стратегическое планирование городского развития: теория и практика // Управленческое консультирование. 1999. № 3.
2. II. ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ГЕОГРАФИИ
3. II. ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ГЕОГРАФИИ
4. L3: теория модернизации
5. А. Теория библейского перевода в древней Церкви.
6. АЛГОРИТМДЕР ТЕОРИЯСЫ
7. Альберт Бандура: социально-когнитивная теория личности
8. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЮНГА
9. Аутентификация сообщений. Электронная цифровая подпись
10. Беррес Фредерик Скиннер: теория оперантного научения
11. Божественная (религиозная, теологическая) теория происхождения человека
12. Борисов Е.Ф. Экономическая теория. Учебник.М: Юрист,1997. 1 страница

Ведущей идеей атомно-молекулярного учения, составляющего фундамент современной физики, химии и естествознания, является идея дискретности (прерывности строения) вещества. Вещество не заполняет целиком занимаемое им пространство, оно состоит из отдельных находящихся на очень малом расстоянии друг от друга частиц, называемыхмолекулами. Каждая молекула, в свою очередь, состоит из еще более мелких частиц —атомов. Число видов молекул исчисляется количеством возможных соединений (порядка миллиона), число атомов равно числу химических элементов (С.И. Самыгин, 1997).

Атомы разных наименований веществ различаются атомной массой. При обычных условиях атомы отдельно существовать не могут. Ввиду их способности соединяться, одноименные атомы образуют молекулы элементов, а разноименные — молекулы соединений. Атомы элементов не меняются в результате химического процесса. Молекулы при любой химической реакции — изменяются.

С открытием радиоактивности в самом конце XIX века представление о неделимости атома изменилось. Было доказано, что атомы веществ имеют сложное строение и что все химические изменения вызываются преимущественно действием электрических сил. Атомы всех элементов являются системами, образующимися из так называемыхэлементарных частиц — протонов, электронов, нейтронов. Атомы одного и того же элемента имеют ядро, содержащее одинаковое число протонов. Атомы разных элементов различаются между собой числом протонов и их расположением.

Согласно электронной теории строения вещества атом любого элемента состоит из электрически положительно заряженного атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Вокруг ядра подобно планетам Солнечной системы обращаются электроотрицательно заряженные электроны («электронная оболочка»), которые по сравнению с ядром почти не имеют массы. Атом в целом является электрически нейтральным — заряд ядра атома равен заряду электронной оболочки, т.е. число электронов оболочки равно числу протонов ядра атома. Электроны вращаются вокруг ядра атома по определенным энергетически уравновешенным орбитам.

Исследование радиоактивности химических элементов привело к открытию изотопов. С современной точки зрения, изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента: у них разная атомная масса, но одинаковый заряд ядра. Ядра таких элементов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Изотопы применяют в ядерной технике как конструкционный материал, в качестве ядерного горючего, в термоядерном синтезе. Радиоактивные изотопы широко используются в качестве источников излучения, в технике меченых атомов и т.д.

Учение о строении атома сыграло и играет колоссальную роль в химии и физике XX века. На основе атомной модели вскрыты глубинные принципы периодического изменения свойств химических элементов и развита теория периодической системы Д.И. Менделеева. Решающее значение здесь имело установление закономерностей формирования электронных конфигураций (оболочек) по мере роста заряда атомного ядра. Другой важной количественной характеристикой атома является его масса. Атомная масса — относительная величина. В качестве единицы атомной массы используют 1 /₁₂ часть массы природного углерода. Третьей важной количественной характеристикой является радиус орбит электронов от ядра до максимальной плотности электронов на отдельных орбитах атома. Все эти характеристики являются основой теоретических и практических расчетов в химии.

Многообразие и единство элементарных частиц

Сейчас известно примерно 400 элементарных частиц (табл. 2.3.1). Некоторые из них «живут» очень короткое время, быстро превращаясь в другие частицы, успевая за время своего существования пролетать расстояния, равные радиусу атомного ядра (10 -12 — 10 -13 см). Минимальное время, доступное экспериментальному измерению, характеризуется величиной примерно 10 –26 с. Некоторые элементарные частицы оказались неожиданно тяжелыми – даже тяжелее отдельных атомов (Солопов, 1998).

Современные физики уделяют много внимания систематизации элементарных частиц, раскрытию внутреннего единства, как между ними, так и между соответствующими им фундаментальными видами взаимодействия – сильным, слабым, электромагнитным и гравитационным.

Интенсивность слабого взаимодействия на 10-11 порядков (в 10 10 — 10 11 раз) меньше интенсивности ядерных сил. Поэтому его и назвали слабым, радиус его действия менее 10 -15 см. Электромагнитное же взаимодействие на расстояниях, соизмеримых с радиусом действия ядерных сил, слабее их лишь в 100-1000 раз. Самым же слабым на этих расстояниях оказывается гравитационное взаимодействие, интенсивность которого намного порядков ниже слабого взаимодействия.

Даже слабое взаимодействие намного порядков превышает гравитационное взаимодействие. А сила кулоновского, электрического отталкивания двух электронов в 10 42 раз больше величины их гравитационного притяжения. Если представить, что электромагнитные силы, «притягивающие» электроны к атомному ядру, ослабеют до уровня гравитационных, то атом водорода стал бы больше видимой нами части Вселенной.

Гравитационные силы при уменьшении расстояний возрастают очень медленно. Преобладающими они становятся лишь в фантастически малых интервалах меньше 10 -32 см, которые остаются пока еще недоступными для экспериментального исследования. С помощью эксперимента сейчас удается «просматривать» расстояния, близкие к 10 -16 см.

Указанные четыре вида фундаментальных (лежащих в самом фундаменте материи) взаимодействий осуществляются путем обмена соответствующими частицами, служащими своеобразными переносчиками этих взаимодействий. От массы частиц зависит радиус действия сил. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны (масса покоя равна нулю), гравитационное — гравитоны (пока гипотетические, экспериментально не установленные частицы, масса которых тоже должна быть нулевой). Эти два взаимодействия, переносимые безмассовыми частицами, имеют большой, возможно бесконечный радиус действия. Причем только гравитационное взаимодействие порождает притяжение между одинаковыми частицами, остальные три вида взаимодействий обусловливают отталкивание одноименных частиц. Переносчиками сильного взаимодействия, связывающего протоны и нейтроны в атомных ядрах, являются глюоны. Это взаимодействие свойственно тяжелым частицам, получившим название адронов. Слабое взаимодействие переносят векторные бозоны. Это взаимодействие свойственно легким частицам — лептонам (электронам, позитронам и т.п.).

В настоящее время разработка проблемы систематизации элементарных частиц связана с идеей существования кварков — частиц с дробным электрическим зарядом. Сейчас их считают «самьми элементарными» в том смысле, что из них могут быть «построены» все сильно взаимодействующие частицы — адроны. С позиции теории кварков уровень элементарных частиц — это область объектов, состоящих из кварков и антикварков. При этом, хотя последние и считаются на данном уровне познания простейшими, самыми элементарными из известных частиц, сами они обладают сложными свойствами — зарядом, «очарованием» («шармом»), «цветом» и другими необычными квантово-физическими свойствами. Как в химии не обойтись без понятий «атом» и «молекула», так и физика элементарных частиц не может обойтись без понятия «кварк».

Таким образом, списокадронов – тяжелых частиц, характеризующихся сильным взаимодействием — состоит из трех частицам:кварка, антикварка и связывающего их глюона. Наряду с ними существуют около десяти легких частиц —пептонов (электроны, позитроны, нейтрино и т.п.), – которым соответствует слабое взаимодействие. Известен такжефотон – носитель электромагнитного взаимодействия.

Многообразие микромира (табл. 4.3.1) предполагает его единство через взаимопревращаемость частиц и полей. Особенно важно превращение «пары» – частицы и античастицы – в частицы другого «сорта». Первым было открыто превращение электрона и позитрона в кванты электромагнитного поля – фотоны и обратный процесс «порождения» электрона и позитрона из фотонов, обладающих достаточно большой энергией.

В 1871 году Д.И.Менделеев дал классическую формулировку своего периодического закона. Свойства элементов, образуемых ими простых и сложных тел, состоят в периодической зависимости от их атомного веса.

Изучение радиоактивных элементов дало возможность найти ответ: что же является основой периодического закона. После того как было доказано, что заряд атома численно равен порядковому номеру, соответствующего элемента в периодической системе, закон Менделеева получил физическое обоснование, т.к. химические свойства элемента находятся в зависимости от заряда ядер их атома.

Ядро атомов состоит из положительно заряженных протонов, и не имеющих заряда нейтронов. Число электронов атомов равно числу протонов в ядре. Это и есть атомный номер химического элемента, его порядковый номер в периодической системе Менделеева.

Вместе с тем, следует отметить, что значение атомной массы нисколько не уменьшилось, а возросло, особенно с точки зрения практики. Масса атома в настоящее время стала основной величиной для всех расчетов ядерной энергетики и ядерной химии.

Сходство элементов определяется одинаковым строением наружного слоя электронной оболочки атома. Масса атома сосредоточена в ядре. Движущейся вокруг атомного ядра электрон порождает магнитное поле. Магнитное поле различных электронов, складываясь, образуют магнитное поле атома.

Периодический закон Менделеева воплотил в себе многообразие бесконечного множества химических процессов и превращений в иерархии природных систем.

Стабильные по сильному взаимодействию частицы

Вывод из этого закона один: все химические и физические свойства вещества определяются строением атома:

-радиоактивность зависит от природы и строения атомного ядра;

-оптические свойства элементов – от строения электронной оболочки атома, совокупности всех его элементов.

Таким образом, периодический закон является всеобщим законом природы.

Дата добавления: 2014-11-29 ; Просмотров: 422 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Распространение — запах

Распространение запаха объясняется движением молекул. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы эфира много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате. [1]

Распространение запахов можно объяснить, исходя из того, что частицы, переносящие запах, находятся в быстром движении и вследствие этого движения они перемешиваются с другими частицами, имеющимися в воздухе ( взаимопроницаемость), и довольно равномерно диффундируют ( смешиваемость газов) в объеме комнаты. Время, необходимое для этого, намного больше того времени, которое потребовалось бы при прямолинейном движении этих частиц, так как частицы пахучего вещества сталкиваются в воздухе с другими частицами и при этих столкновениях изменяется направление движения частиц. [2]

Во избежание распространения запаха часто перекрываются также резервуары сырого осадка и илоушютнители, кроме того, для предотвращения процессов разложения осадок можно обрабатывать известью или хлором. Все всплывающие на поверхность резервуаров и уплотнителей вещества нужно немедленно удалять. Если на очистных сооружениях предусмотрено обезвоживание сырых осадков, то его следует производить по возможности сразу же после уплотнения. [3]

Для предотвращения распространения запаха хлора в рабочем помещении баки прикрывают крышками с уплотнением. [5]

Примером диффузии служит распространение запаха цветов или приготовляемой пищи. Вследствие испарения концентрация молекул пахучих веществ в непосредственной близости от букета цветов большая, а хаотическое тепловое движение молекул перемешивает молекулы воздуха и пахучих веществ, что и вызывает распространение запаха по всей комнате. Такое перемешивание ведет к выравниванию концентрации молекул пахучих веществ во всем объеме комнаты. [6]

Это предотвращает загнивание мусора и распространение запахов . При разгрузке мусоровозов концентрация пыли в приемном корпусе во много раз превышает допустимую. Поэтому в приемном отделении смонтирована мощная вытяжная система. [7]

Примером диффузии в газах является распространение запахов . [8]

Учащиеся в качестве примера диффузии часто указывают на распространение запаха в воздухе. [9]

Примерами могут служить растворение вещества ( например, соли в воде), распространение запахов ( молекул ароматического вещества в воздухе), холодная сварка в результате взаимопроникновения атомов разнородных металлов при их плотном сжатии. [10]

Для обоснования своей атомистики античные мыслители привлекали исключительно физические процессы: испарение и конденсацию воды, ветры, распространение запахов , оставляя в стороне довольно многочисленные, уже известные в то время химические превращения. Поэтому античное понятие атом соответствует современному понятию молекула и античная атомистика должна рассматриваться как прообраз молекулярнс-кинетическсй теории, а не атомно-молекулярнсго учения. [11]

Кроме того, процесс сбраживания в метантенках в таких больших объемах относительно прост и обеспечивает надежность защиты против распространения запаха . [12]

Для обоснования своей атомистики античные мыслители привлекали исключительно физические процессы; испарение и конденсацию воды, ветры, распространение запахов , оставляя в стороне довольно многочисленные, уже известные в то время химические превращения. Поэтому античное понятие атом соответствует современному понятию молекула и античная атомистика должна рассматриваться как прообраз моле-кулярно-кинетической теории, а не атомно-молекулярного учения. [13]

Лотки не рекомендуется делать из цемента, а тем более из асфальта, так как цемент при действии лотков разрушается, а асфальт, имеющий менее гладкую поверхность, способствует разложению сточной жидкости и распространению запаха . Желательно, чтобы лоток имел полукруглое сечение или плавно закругленные края для удобства чистки. Не рекомендуется устраивать писсуарные лотки прямоугольного сечения. [14]

Известь нейтрализует кислоты, образующиеся при гидролизе коагулянтов, и вступает в химические реакции с кислотами и органическими веществами, находящимися в осадках, что сокращает расход основного реагента и предотвращает загнивание и, следовательно, распространение запаха осадком. Одновременно известь играет роль присадочного материала, изменяющего структуру и повышающего жесткость структурированного осадка. [15]

Атомы, молекулы, атомно-молекулярная теория

За 200 с лишним лет идеи Ломоносова о строении вещества прошли всестороннюю проверку, и их справедливость была полностью подтверждена. В настоящее время на атомно-молекулярной теории базируются все наши представления о строении материи, о свойствах веществ и о природе физических и химических явлений.

В основе атомно-молекулярной теории лежит принцип дискретности (прерывности строения) вещества: всякое вещество не является чем-то сплошным, а состоит из отдельных очень малых частиц. Различие между веществами обусловлено различием между их частицами. Частицы одного вещества одинаковы, частицы различных веществ различны. При всех условиях частиц вещества находятся в движении. Чем выше температура тела, тем интенсивнее это движение.

Для большинства веществ частицы представляют собой молекулы. Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы в свою очередь состоят из атомов. Атом — наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами.

В состав молекулы может входить различное число атомов. Так, молекулы благородных газов одноатомны, молекулы таких веществ, как водород, азот, — двухатомны, воды — трехатомны и т.д. Молекулы наиболее сложных веществ — высших белков и нуклеиновых кислот — построены их такого количества атомов, которое измеряется сотнями тысяч. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных веществ очень велико.

Молекула определенного вещества имеет иные физические свойства нежели само вещество. Рассмотрим несколько физических свойств веществ, например, температуры плавления и кипения, теплоемкость, механическую прочность, твердость, плотность, электрическая проводимость.

Такие свойства, как температура плавления и кипения, механическая прочность и твердость, определяются прочностью связи между молекулами в данном веществе при данном его агрегатном состоянии. Поэтому применение подобных понятий к отдельной молекуле не имеет смысла.

Плотность — это свойство, которым отдельная молекула обладает и которое можно вычислить. Однако плотность молекулы всегда больше плотности вещества (даже в твердом состоянии), потому что в любом веществе между молекулами всегда имеется некоторое свободное пространство.

Электрическая проводимость, теплоемкость, определяются не свойствами молекул, а структурой веществ в целом. Для того, чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить, что эти свойства сильно изменяются при изменении агрегатного состояния вещества, тогда как молекулы при этом не претерпевают глубоких изменений. Таким образом, понятия о некоторых физических свойствах не применимы к отдельной молекуле, а о других — применимы, но сами эти свойства по своей величине различны для молекулы и вещества в целом.

Не во всех случаях частицы, образующие вещество, представляют собой молекулы. Многие вещества в твердом и жидком состоянии, например, большинство солей, имеют не молекулярную, а ионную структуру. Некоторые вещества имеют атомное строение. В веществах, имеющих ионное или атомное строение, носителем химических свойств являются не молекулы, а те комбинации ионов или атомов, которые образуют данное вещество.