Какие явления доказывают что молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении
Какие явления подтверждают движение молекул: диффузия
Научные опыты, с давних пор проводимые учеными всего мира, однозначно доказали, что частицы, из которых состоят все тела, находятся в постоянном движении.
Учение об этих мельчайших частичках, из которых состоит любое вещество (твердое, жидкое, газообразное), возникло в эпоху расцвета древних культур задолго до нашей эры. Знаменитые ученые и философы Демокрит, Эпикур, Анаксагор, Лукреций и другие сходились во мнении, что все состоит из мельчайших неделимых атомов, и разнообразные атомы образуют соответствующие разнообразные вещества. Ответ на вопрос: «Какие явления подтверждают движение молекул?» был найден позднее. В современную молекулярно-кинетическую теорию эти зародыши идей начинают оформляться только в XVIII веке нашей эры.
Какие явления подтверждают движение молекул?
Догадываться о том, что молекулы хаотично движутся, ученые начали давно. Но чтобы догадки стали чем-то более серьезным и получили научное обоснование, физики должны были себе и всему миру ответить на вопрос: «Какие явления подтверждают движение молекул?»
Диффузия
Диффузия — это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные пустоты другого вещества. В переводе с латыни термин «диффузия» обозначает «растекание, распространение».
Частицы, из которых состоят тела (газообразные, жидкие, твердые), находятся на определенном расстоянии друг от друга и постоянно движутся.
Интересно, что большую часть объема всякого тела занимает свободное пространство. Чтобы понять масштаб, можно представить ядро атома в виде небольшого лесного ореха, тогда орбиты электронов этого атома будут приблизительно равны размерам большого катка или огромного бассейна.
Диффузия в газах
Быстрее всего происходит движение молекул в газах. При этом частицы движутся хаотично.
Диффузия в жидкостях
Связь между молекулами жидкостей более прочная, чем в газах.
Диффузия в твердых телах
Движение молекул в твердых телах протекает очень медленно. Но все же, если, например, наплавить небольшое количество золота на свинцовый стержень и оставить его так при температуре не менее 300 градусов, то по прошествии суток молекулы золота проникнут в межмолекулярные пустоты свинца примерно на сантиметр.
Диффузия в условиях нагревания
При нагревании диффузия происходит намного быстрее, следовательно, можно сделать вывод, что чем выше поднимается температура тела, тем выше становится скорость движения молекул. Соответственно, чем быстрее движутся молекулы, тем выше поднимается температура тела. При температуре, близкой к абсолютному нулю, скорость движения частиц максимально снижается.
Примеры диффузии
Примеры диффузии встречаются в быту, в промышленности, в жизни человека и животных:
Диффузия: тест
Ответы: I — а; II — б; III — а; IV — а; V — в; VI — б; VII — б.
Броуновское движение
7 класс, без форм заявки
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Молекулярно-кинетическая теория
Мы состоим из клеток, клетки состоят из молекул, молекулы из атомов, атомы из… Ладно, пока достаточно атомов. И молекулы, и атомы подчиняются законам, которые описаны в молекулярно-кинетической теории.
В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:
Броуновское движение
Во второй половине ХIХ века в научных кругах разгорелась нешуточная дискуссия о природе атомов. На одной стороне дискуссии утверждали, что атомы — просто математические функции, удачно описывающие физические явления и не имеющие под собой реальной физической основы.С другой стороны настаивали, что атомы — это реально существующие физические объекты.
Самое смешное в этих спорах то, что за десять лет до их начала ботаник Роберт Броун уже провел эксперимент, который доказал физическое существование атомов. Вот, как это было:
Как Броун проводил эксперимент
Броун изучал поведение цветочной пыльцы под микроскопом и обнаружил, что отдельные споры совершают абсолютно хаотичные движения.
Представьте себе, что мы издалека наблюдаем, как плотная толпа людей толкает над собой большой мяч. Причём каждый толкает мяч, куда хочет. Мы не видим отдельных игроков, потому что поле далеко от нас, но мяч мы видим — и замечаем, что перемещается он очень беспорядочно.
Мяч постоянно меняет направление своего движения, и пойти в какую-нибудь определенную сторону не желает. Предсказать его местоположение через заданное время — нельзя.
Вот что-то похожее на это Броун увидел при изучении пыльцы.
В первую очередь он начал грешить на движение потоков воды или ее испарение, но проверив эту гипотезу, отмел ее. Проведя множество экспериментов, Броун установил, что такое хаотичное движение свойственно любым микроскопическим частицам — будь то пыльца растений, взвеси минералов или вообще любая измельченная субстанция. Но причины этого явления он выяснить не смог (не в обиду ботаникам, но все же, это не его специализация).
А теперь угадайте, кто смог применить этот эксперимент в доказательстве атомной теории строения вещества. Альберт Эйнштейн, кто же еще. Он объяснил его примерно так: взвешенная в воде спора подвергается постоянной «бомбардировке» со стороны хаотично движущихся молекул воды.
В среднем, молекулы воздействуют на нее со всех сторон с равной интенсивностью и через равные промежутки времени. Однако, как бы ни мала была частица, в силу чисто случайных отклонений сначала она получает импульс со стороны молекулы, ударившей ее с одной стороны, а затем — со стороны молекулы, ударившей ее с другой. И так далее.
Чуть позже, через 3 года после открытия Эйнштейна, в 1908 году французский физик Жан Батист Перрен провел серию опытов, которые подтвердили правильность эйнштейновского объяснения броуновского движения. Стало окончательно ясно, что наблюдаемое «хаотичное» движение броуновских частиц происходит вследствие межмолекулярных соударений. Поскольку вывод о том, что несуществующие в природе математические функции не могут привести к физическому взаимодействию, напрашивается сам собой, стало окончательно ясно, что спор о реальности атомов окончен: они существуют в природе.
Также, если еще раз посмотреть на второе положение молекулярно-кинетической теории, можно заметить, что броуновское движение очень хорошо его доказывает: Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
Диффузия
Явление, которое доказывает первое и второе положения молекулярно-кинетической теории называется диффузия.
Диффузия в газах
Если в комнате открыть флакон с духами или зажечь ароматизированную свечу, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекулы духов проникают между молекулами воздуха. На самом деле, в этом процессе очень большую роль играет такой вид теплопередачи, как конвекция, но и без диффузии не обошлось.
На самом деле, молекулы вокруг нас движутся очень быстро — со скоростью в сотни метров в секунду — это напрямую зависит от температуры.
Давайте проверим это сами несложным экспериментом:
Замерьте температуру воздуха в помещении. Распылите освежитель воздуха в одном углу, встаньте в другой и включите секундомер. А лучше проведите эксперимент вдвоем, чтобы один человек распылял, а другой включал секундомер — так не будет погрешности, но будет веселье 😉
Как только почувствуете аромат освежителя в противоположном от места распыления, выключите секундомер. Запишите результат измерения. А потом проветрите помещение и проделайте все то же самое. Время, через которое до вас дойдет запах, будет другим. Во втором случае аромат будет распространяться медленнее.
То есть, чем выше температура, тем больше скорость диффузии.
Диффузия в жидкостях
Если диффузия в газах происходит быстро — чаще всего за считанные секунды — то диффузия в жидкостях занимает минуты или в некоторых случаях часы. Зачастую это зависит от температуры (как и в эксперименте выше) и плотности вещества.
С диффузией в жидкостях вы встречаетесь, когда, например, размешиваете краску. Или когда смешиваете любые две жидкости, например, газировку с сиропом. Также из-за диффузии происходит загрязнение рек (да и в целом окружающей среды).
Ну или вот пример диффузии в жидкостях, с которым вы точно не встречались — акулы ищут свою жертву по запаху крови, который распространяется в океане за счет диффузии.
Диффузия в твёрдых телах
Диффузия в твёрдых телах происходит очень медленно. Например, при комнатной температуре (около 20 °С) за 4-5 лет золото и свинец взаимно проникают друг в друга на расстояние около 1 мм.
Кстати, если вы проведете такой эксперимент, то увидите, что в свинец проникло малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более одного миллиметра. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.
Этот процесс можно ускорить за счет нагревания, как в жидкостях и газах. Если на тонкий свинцовый цилиндр нанести очень тонкий слой золота, и поместить эту конструкцию в печь на неделю при температуре воздуха в печи 200 градусов Цельсия, то после разрезания цилиндра на тонкие диски, очень хорошо видно, что свинец проник в золото и наоборот.