این واقعیت که مولکول ها با یکدیگر برهم کنش دارند حداقل از این واقعیت ناشی می شود که مایعات و جامدات وجود دارند: در غیر این صورت آنها به مولکول های جداگانه تجزیه می شوند و به گاز تبدیل می شوند!
مولکول ها چگونه برهم کنش می کنند؟ پاسخ این سوال را می توان با بررسی خواص جامدات در آزمایش های ساده زیر بدست آورد.
سعی کنید سنگ را فشار دهید - بعید است که موفق شوید. واقعیت این است که در جامدات، مولکولها نزدیک به یکدیگر قرار دارند و بنابراین، وقتی فشرده می‌شوند، به نظر می‌رسد که مولکولها در مقابل یکدیگر قرار دارند. به عبارت دیگر، زمانی که مولکول ها بسیار نزدیک باشند، یکدیگر را دفع می کنند.
به لطف این دافعه، شما از کف زمین نمی افتید: مولکول هایی که مواد کف پا را تشکیل می دهند روی مولکول هایی که کف را تشکیل می دهند، قرار می گیرند. این نیروهای دافعه بین مولکول ها به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است. 6.3، الف.
با این حال، جامدات نه تنها در برابر فشار، بلکه در برابر کشش نیز مقاومت می کنند. این بدان معنی است که با افزایش فاصله، دافعه بین مولکول ها با جاذبه جایگزین می شود.
برنج. 6.3. ما به دلیل دفع مولکول ها از یکدیگر از روی زمین نمی افتیم (الف). در تلاش برای شکستن یک نخ، نیروهای جاذبه بین مولکول ها را در مقطع کوچکی از نخ احساس می کنید (ب)
بیایید تجربه بگذاریم
برای اینکه احساس کنید نیروهای جاذبه بین مولکول ها چقدر زیاد است، سعی کنید یک نخ نایلونی با سطح مقطع 1 میلی متر مربع را با دستان خود بشکنید. دشوار؟ اما تلاش های بدن شما با نیروهای جذب مولکول های ریز در مقطع کوچکی از نخ مخالف است. این نیروها به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است. 6.3، ب.
مشاهدات و آزمایشات نشان می دهد که نه تنها مولکول های یک ماده به یکدیگر جذب می شوند، بلکه مولکول های مواد مختلف نیز جذب می شوند.
چرا موهای خیس به هم می چسبند؟
تمام اجسام از مولکول ها تشکیل شده اند. اما چرا اجسام به مولکول های جداگانه تجزیه نمی شوند؟ موضوع این است که مولکول های بدن با یکدیگر تعامل دارند. در طول این درس خواهید آموخت که این برهمکنش مولکول ها است که بسیاری از خواص اجسام و پدیده های فیزیکی را توضیح می دهد.
موضوع: اطلاعات اولیه در مورد ساختار ماده
درس:برهمکنش مولکول ها
شما قبلاً می دانید که همه اجسام از مولکول ساخته شده اند، بین مولکول ها شکاف وجود دارد و تمام مولکول ها و اتم هایی که از آنها تشکیل شده اند در حرکت مداوم هستند. اما چرا در صورت وجود شکاف بین مولکول ها فشرده شدن، کشش، شکستن جامدات یا مایعات اینقدر دشوار است؟
بیایید سعی کنیم چندین جامد را بشکنیم: یک تکه گچ، یک تکه پلاستیک، یک تکه نوار لاستیکی، پلاستیک. برای شکستن بدن، باید کمی تلاش کنیم. و در برخی موارد قدرت دست ها برای این کار کافی نیست.
دلیل اینکه برای از بین بردن جامد باید نیرو اعمال شود چیست؟ همه چیز در مورد جاذبه ای است که بین مولکول ها وجود دارد. یک مولکول تمام مولکول های نزدیک به خود را جذب می کند و خودش جذب آنها می شود.
اگر جاذبه ای بین مولکول ها وجود داشته باشد، شاید بتوان یک بدن کامل را از قطعات دوباره ایجاد کرد؟ با یک تکه گچ، هر چقدر هم که تلاش کنیم، نمی توانیم آن را انجام دهیم. اما تکه های پلاستیلین، وقتی فشرده شوند، دوباره به یک بدن کامل تبدیل می شوند.
اگر تکه های گچ خرد شده را به دقت بررسی کنید، می بینید که ناهموار و خشن هستند. این بدان معناست که وقتی آنها به هم متصل می شوند، نمی توانیم مولکول های روی سطوح دو قسمت را به هم نزدیک کنیم که جاذبه ای بین آنها ایجاد شود.
برنج. 1. سطح گچ خشن است
بر خلاف گچ، پلاستیلین یک ماده چکش خوار است و وقتی قطعات فشرده می شوند، مولکول های پلاستیکین را به اندازه کافی نزدیک به هم قرار می دهیم. اما "به اندازه کافی نزدیک" به چه معناست؟ چقدر نزدیک؟
به نظر می رسد که جاذبه متقابل مولکول ها زمانی که مولکول ها آنقدر به یکدیگر نزدیک می شوند که فقط یک مولکول با همان اندازه می تواند بین آنها قرار گیرد به طور قابل توجهی خود را نشان می دهد.
برنج. 2. فاصله ای که در آن جاذبه بین مولکول ها قابل توجه می شود
اما اگر به کاهش فاصله بین مولکول ها ادامه دهید، چه اتفاقی می افتد؟ تجربه زندگی به ما می گوید که وقتی یک جامد فشرده می شود، زمانی که تلاش برای تغییر شکل آن انجام می شود، نیروی دافعه بین مولکول ها به شدت افزایش می یابد.
نمونه های زیادی از زندگی روزمره و فناوری وجود دارد که جاذبه و دافعه مولکول ها به وضوح نمایان می شود. این فشردگی فنرها در ماشین، کشش بند کمان هنگام شلیک است. اینها فرآیندهای تولیدی مانند مهر زنی یا آهنگری هستند.
برنج. 3. در حین آهنگری و مهر زنی بر جاذبه و دافعه مولکول ها غلبه می شود
بنابراین، اگر مولکول ها به اندازه کافی نزدیک قرار گیرند، نیروهای جاذبه بین آنها ظاهر می شود، اما اگر همچنان به مولکول ها نزدیک شوید، نیروهای دافعه بین آنها ظاهر می شوند.
در اینجا نمایش دیگری وجود دارد که ثابت می کند بین مولکول ها جاذبه متقابل وجود دارد. دو سیلندر سرب یکسان را بردارید. در ابتدا، سطوح آنها ناصاف است و اگر استوانه ها با پایه های خود به یکدیگر فشرده شوند، هیچ تعامل محسوسی بین آنها وجود نخواهد داشت.
برنج. 4. سیلندرهای گاوآهن سربی
اما اگر سطوح سیلندرها با استفاده از یک ابزار خاص - به اصطلاح گاوآهن - پردازش شوند، وضعیت تغییر می کند. این ابزاری است که به شما امکان می دهد انتهای سیلندرها را تیز کنید تا سطح آنها بسیار صاف و صیقلی شود. اگر اکنون برای مدتی انتهای سیلندرهای سرب را محکم به یکدیگر فشار دهید، در کل منطقه تماس، فاصله بین سطوح آنها به حدی کاهش می یابد که نیروهای جاذبه بین مولکولی "روشن" می شوند. این نیروها به اندازه ای هستند که سیلندرها بدون هیچ گونه اتصالی می توانند بار قابل توجهی را تحمل کنند.
برنج. 5. چسبندگی سیلندرهای سرب با جاذبه متقابل مولکولها توضیح داده می شود.
خیس شدن نیز جلوه ای از جاذبه متقابل مولکول ها است.
دو بشقاب شیشه ای بردارید. اگر فقط آنها را با سطوح تمیز و صاف به هم فشار دهید و سپس سعی کنید آنها را از هم جدا کنید، هیچ تاثیری نخواهد داشت.
اما اگر چند قطره آب روی سطح یکی از لیوان ها بریزید و سپس لیوان دوم را دوباره بمالید و لیوان ها را محکم به هم فشار دهید، جدا کردن آنها از یکدیگر بسیار دشوار خواهد بود. و اگر با این وجود آنها را از یکدیگر جدا کنیم، خواهیم دید که هر دو سطح شیشه - هم یکی و هم دوم - با آب خیس می شوند. این بدان معناست که جاذبه متقابل بین مولکول های شیشه و آب بیشتر از بین خود مولکول های آب است.
برنج. 6. برای نشان دادن پدیده خیس شدن می توان از دو لیوان استفاده کرد که چند قطره آب روی آن ریخته باشد.
پدیده خیس شدن در زندگی ما بسیار رایج است. به لطف خیس کردن است که می‌توانیم ظروف را با حوله پاک کنیم، روی کاغذ با جوهر بنویسیم (سعی کنید بشقاب را با یک کیسه پلاستیکی پاک کنید یا چیزی روی آن با قلم آب بنویسید!). عدم خیس شدن به پرنده آبی اجازه می دهد حتی در باران شدید در آب خشک بماند.
برنج. 7. پرهای پرندگان آبزی با آب خیس نمی شوند
کتابشناسی - فهرست کتب
1. Peryshkin A.V. فیزیک. 7 cl. - چاپ چهاردهم، کلیشه. - M.: Bustard، 2010.
2. Peryshkin A.V. مجموعه مسائل فیزیک، پایه های 7 - 9: ویرایش پنجم، کلیشه. - م: انتشارات "امتحان"، 1389.
3. Lukashik V.I., Ivanova E.V. مجموعه مسائل فیزیک برای پایه های 7 - 9 موسسات آموزشی. - ویرایش هفدهم - م .: آموزش و پرورش، 2004.
1. مجموعه یکپارچه منابع آموزشی دیجیتال ().
2. مجموعه یکپارچه منابع آموزشی دیجیتال ().
مشق شب
لوکاشیک V.I.، Ivanova E.V. مجموعه مسائل فیزیک برای پایه های 7 - 9
فیزیک مولکولی آسان شد!
نیروهای برهمکنش مولکول ها
تمام مولکول های ماده توسط نیروهای جاذبه و دافعه با یکدیگر تعامل دارند.
اثبات برهمکنش مولکولها: پدیده خیس شدن، مقاومت در برابر فشار و کشش، تراکم پذیری کم جامدات و گازها و غیره.
دلیل برهمکنش مولکول ها برهمکنش های الکترومغناطیسی ذرات باردار در ماده است.
چطور می شود این را توضیح داد؟
یک اتم از یک هسته با بار مثبت و یک لایه الکترونی با بار منفی تشکیل شده است. بار هسته برابر با بار کل تمام الکترون ها است، بنابراین، به طور کلی، اتم از نظر الکتریکی خنثی است.
یک مولکول متشکل از یک یا چند اتم نیز از نظر الکتریکی خنثی است.
تعامل بین مولکول ها را با استفاده از دو مولکول بی حرکت به عنوان مثال در نظر بگیرید.
نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی می توانند بین اجسام در طبیعت وجود داشته باشند.
از آنجایی که جرم مولکول ها بسیار کوچک است، نیروهای ناچیز برهمکنش گرانشی بین مولکول ها را می توان نادیده گرفت.
در فواصل بسیار زیاد، هیچ برهمکنش الکترومغناطیسی بین مولکول ها نیز وجود ندارد.
اما با کاهش فاصله بین مولکولها، مولکولها شروع به جهت‌گیری می‌کنند به طوری که دو طرف آنها روبه‌روی یکدیگر دارای بارهایی از علائم مختلف خواهند بود (به طور کلی، مولکولها خنثی می‌مانند) و نیروهای جاذبه بین مولکولها ایجاد می‌شوند.
با کاهش حتی بیشتر در فاصله بین مولکول ها، نیروهای دافعه در نتیجه برهم کنش لایه های الکترونی با بار منفی اتم های مولکول ها ایجاد می شوند.
در نتیجه مجموع نیروهای جاذبه و دافعه بر روی مولکول اثر می کند. در فواصل زیاد، نیروی جاذبه غالب است (در فاصله 2-3 قطر مولکول، جاذبه حداکثر است)، در فواصل کوچک، نیروی دافعه.
فاصله ای بین مولکول ها وجود دارد که در آن نیروهای جاذبه با نیروهای دافعه برابر می شوند. این موقعیت مولکول ها را موقعیت تعادل پایدار می نامند.
مولکول هایی که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند و توسط نیروهای الکترومغناطیسی محدود شده اند دارای انرژی پتانسیل هستند.
در موقعیت تعادل پایدار، انرژی پتانسیل مولکول ها حداقل است.
در یک ماده، هر مولکول به طور همزمان با بسیاری از مولکول های همسایه برهمکنش می کند، که بر مقدار حداقل انرژی پتانسیل مولکول ها نیز تأثیر می گذارد.
علاوه بر این، تمام مولکول های یک ماده در حرکت مداوم هستند، یعنی. دارای انرژی جنبشی
بنابراین، ساختار یک ماده و خواص آن (جسم جامد، مایع و گاز) با نسبت بین حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها و ذخیره انرژی جنبشی حرکت حرارتی مولکول ها تعیین می شود.
ساختار و خواص اجسام جامد، مایع و گاز
ساختار اجسام با برهمکنش ذرات بدن و ماهیت حرکت حرارتی آنها توضیح داده می شود.
جامد
جامدات دارای شکل و حجم ثابتی هستند که عملاً تراکم ناپذیرند.
حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها از انرژی جنبشی مولکول ها بیشتر است.
برهم کنش ذرات قوی
حرکت حرارتی مولکول ها در یک جامد تنها با ارتعاشات ذرات (اتم ها، مولکول ها) در اطراف یک موقعیت تعادلی پایدار بیان می شود.
به دلیل نیروهای جاذبه زیاد، مولکول ها عملاً نمی توانند موقعیت خود را در ماده تغییر دهند، این تغییر ناپذیری حجم و شکل جامدات را توضیح می دهد.
بیشتر جامدات دارای آرایش منظمی از ذرات در فضا هستند که یک شبکه کریستالی منظم را تشکیل می دهند. ذرات ماده (اتم ها، مولکول ها، یون ها) در رئوس - گره های شبکه کریستالی قرار دارند. گره های شبکه کریستالی با موقعیت تعادل پایدار ذرات منطبق است.
چنین جامداتی کریستالی نامیده می شوند.
مایع
مایعات حجم مشخصی دارند، اما شکل خاص خود را ندارند، آنها به شکل ظرفی هستند که در آن قرار دارند.
حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها با انرژی جنبشی مولکول ها قابل مقایسه است.
برهمکنش ذرات ضعیف
حرکت حرارتی مولکولها در یک مایع با ارتعاشات مربوط به یک موقعیت تعادلی پایدار در حجمی که همسایگانش به یک مولکول ارائه می‌کنند بیان می‌شود.
مولکول ها نمی توانند آزادانه در سراسر حجم یک ماده حرکت کنند، اما انتقال مولکول ها به مکان های مجاور امکان پذیر است. این سیال بودن مایع، توانایی تغییر شکل آن را توضیح می دهد.
در مایعات، مولکول ها به اندازه کافی توسط نیروهای جاذبه به یکدیگر متصل هستند، که تغییر ناپذیری حجم مایع را توضیح می دهد.
در یک مایع، فاصله بین مولکول ها تقریبا برابر با قطر مولکول است. با کاهش فاصله بین مولکول ها (فشرده شدن مایع)، نیروهای دافعه به شدت افزایش می یابد، بنابراین مایعات تراکم ناپذیر هستند.
مایعات از نظر ساختار و ماهیت حرکت حرارتی، جایگاه میانی بین جامدات و گازها را اشغال می کنند.
اگرچه تفاوت بین مایع و گاز بسیار بیشتر از مایع و جامد است. به عنوان مثال، در هنگام ذوب یا تبلور، حجم یک جسم چندین برابر کمتر از زمان تبخیر یا تراکم تغییر می کند.
گازها حجم ثابتی ندارند و کل حجم ظرفی را که در آن قرار دارند را اشغال می کنند.
حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها کمتر از انرژی جنبشی مولکول ها است.
ذرات ماده عملا برهم کنش ندارند.
گازها با اختلال کامل در آرایش و حرکت مولکول ها مشخص می شوند.
>> برهمکنش مولکول ها (درجه 7)
- به اطراف نگاه کنید، بدن های فیزیکی زیادی خواهید دید. این همسایه شماست که با او پشت میز نشسته اید و خود میز. این صندلی است که روی آن می نشینید، و قلمی که با آن می نویسید و غیره. همه این اجسام، همانطور که می دانید، از ذرات جدا شده با فواصل زمانی تشکیل شده اند که دائماً در حال حرکت هستند. پس چرا ذرات تشکیل دهنده هستند بدن های فیزیکی، در همه جهات پرواز نمی کنید؟ علاوه بر این، اجسام نه تنها به مولکول های جداگانه تجزیه نمی شوند - برعکس، برای کشش، شکستن، شکستن آنها، باید تلاش کنید. بیایید سعی کنیم بفهمیم چرا اینطور است.
برنج. 2.19. قطره آویزان آب توسط نیروهای جاذبه بین مولکول ها از سقوط جلوگیری می کند. یک قطره خیلی سنگین می افتد
1. برهمکنش مولکول ها را تایید کنید
دلیل اینکه تمام بدن های اطراف ما از هم جدا نمی شوند مولکول ها، واضح است: مولکول ها به یکدیگر جذب می شوند. هر مولکول به مولکول های مجاور جذب می شود و آن ها نیز به نوبه خود به سمت خود جذب می شوند. به لطف جاذبه بین مولکولی است که جامدات شکل خود را حفظ می کنند، مایع به صورت قطره جمع می شود (شکل 2.19)، نوار چسب به کاغذ می چسبد، جوهر اثری روی ورق باقی می گذارد، استوانه های سربی که توسط برش ها به یکدیگر فشرده می شوند (شکل 2.20) ).
در علم ثابت شده است که جاذبه بین مولکول ها همیشه کار می کند. پس چرا فنجان شکسته پس از فشار دادن قطعات به یکدیگر کامل نمی شود؟ هر چقدر هم که قسمت های مداد شکسته را به هم فشار دهیم، آنها نیز به یک مداد کامل متصل نمی شوند.
واقعیت این است که جاذبهبین مولکول ها فقط در فواصل بسیار کوچک قابل توجه می شود (چنینی که می توان با اندازه خود ذرات مقایسه کرد). با فشار دادن تکه های یک فنجان یا بخشی از یک مداد شکسته، فقط تعداد بسیار کمی از مولکول ها را به چنین فواصل نزدیک می کنیم. فاصله بین اکثر آنها به حدی است که مولکول ها عملاً برهم کنش نمی کنند. حال مشخص می شود که چرا برای اینکه استوانه های سربی به هم بچسبند، ابتدا باید مقاطع را آسیاب کرد و تکه های موم نرم یا پلاستیلین به راحتی و بدون ساییدن به هم می چسبند.
برنج. 2.20. میله‌های سربی که با برش‌های تازه به هم فشرده شده‌اند، چنان محکم به هم می‌چسبند که می‌توانند وزن یک وزنه بزرگ را تحمل کنند.
برنج. 2.21 تجربهبرای روشن شدن شرایط جاذبه بین مولکولی
دو برگ خشک را نمی توان به اندازه کافی کنار هم قرار داد تا به هم متصل شوند. با این حال، اگر ورق ها را با آب مرطوب کنید، آنها به هم می چسبند، زیرا مولکول های آب به قدری به مولکول های کاغذ نزدیک می شوند که جاذبه بین مولکولی از قبل ورقه ها را در کنار یکدیگر نگه می دارد (شکل 2.21).
جاذبه بین مولکولی نیز دلیل خیس شدن یا خیس نشدن بدن با مایعات خاص است (شکل 2.22).
2. تایید دافعه بین مولکولی
در بالا، ما ثابت کردیم که بین مولکول ها جاذبه وجود دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، تعدادی سوال مطرح می شود. چرا مولکول ها هستند گازها، بی نظم حرکت می کنند و دائماً با یکدیگر برخورد می کنند، به یک توده بزرگ نمی چسبند؟ چرا اگر مثلا یک اسفنج را فشار دهید بعد از مدتی شکل خود را به دست می آورد؟
برنج. 2.22. یک قطره آب روی سطح شیشه تمیز پخش می شود (آن را خیس می کند)، زیرا جاذبه بین مولکول های مایع بیشتر از بین مولکول های مایع و شیشه است (o). جاذبه بین مولکول های آب بیشتر از بین مولکول های آب و چربی است که پرهای پرندگان آبزی را می پوشانند، بنابراین آب آنها را خیس نمی کند (عبارت "مانند آب از پشت اردک" را به خاطر بسپارید) (ب)
واقعیت این است که مولکول ها نه تنها جذب یکدیگر می شوند، بلکه دفع می شوند. اگر فاصله بین آنها بسیار کوچک شود (کمی کمتر از اندازه مولکول)، پس دافعه بین مولکولی قوی تر از جاذبه می شود. برای مثال سعی کنید یک سکه را فشار دهید. شما نمی توانید اندازه آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهید، زیرا مولکول های سکه یکدیگر را دفع می کنند. همچنین، شما قادر به کاهش قابل توجهی نخواهید بود جلدمایعات حتی با یک پرس قدرتمند.
این جاذبه و دافعه بین مولکولی است که مولکول های مایعات و جامدات را در فواصل کم و بیش مشخصی که تقریباً برابر با اندازه خود مولکول ها است، نگه می دارد. در صورت کاهش فاصله، مولکول ها شروع به دفع یکدیگر می کنند و در صورت افزایش جذب می شوند، بنابراین هم برای نزدیک کردن مولکول ها و هم برای دور شدن، باید تلاش کرد.
- جمع بندی
مولکول ها با یکدیگر تعامل دارند: همزمان جذب و دفع می شوند. برهمکنش بین مولکولی در فواصل قابل مقایسه با اندازه خود مولکول ها ظاهر می شود.
- کنترل سوالات
1. چرا مواد جامدو مایعات به مولکول های جداگانه تجزیه نمی شوند؟
2. در چه شرایطی جاذبه بین مولکول ها محسوس می شود؟
3. دافعه مولکول ها در چه شرایطی مشاهده می شود؟
4. چرا نمی توان دو تکه فنجان را به هم وصل کرد، حتی آنها را به شدت روی هم فشار داد و دو تکه پلاستیک به راحتی به هم می چسبند؟
5. معلوم است که بین مولکول ها جاذبه وجود دارد. پس چرا مولکول های مثلاً هوا در یک مکان جمع نمی شوند؟
- تمرینات
1. هر چقدر هم که دو تکه خط کش را با هم وصل کنید، به هم نمی پیوندند. چرا در این حالت جاذبه مولکول ها تحت تأثیر قرار نمی گیرد؟
2. چرا برای شکستن بند ناف به زور نیاز است؟
3-هدف از چیدن ورق شیشه با نوارهای کاغذی هنگام نگهداری آن چیست؟
4. چسب مایع یک پیوند قوی بین دو بدنه ایجاد می کند. توضیح دهید که چرا این اتفاق می افتد.
5. فرآیندهای جوشکاری و لحیم کاری فلزات رایج چیست و چه تفاوتی با هم دارند؟
6. پرهای پرندگان آبزی با لایه نازکی از چربی پوشیده شده است. این چه فایده ای برای پرندگان دارد؟
- وظایف تجربی
1. با استفاده از یک فنر نرم (یا یک نوار لاستیکی نازک)، یک صفحه فلزی (یا شیشه ای) تمیز، و یک بشقاب آب، نشان می دهد که نیروهای جاذبه بین مولکول های آب و فلز (شیشه) وجود دارد.
2. با استفاده از برگه های کاغذ، ظروف حاوی روغن نباتی و آب، پاسخ این گونه سوالات را دریافت کنید. آیا اگر دو ورق با آب مرطوب شوند به هم می چسبند؟ روغن؟ اگر یکی با آب مرطوب شود و دیگری با روغن؟ نتایج آزمایش را توجیه کنید.
فیزیک. کلاس 7: کتاب درسی / F. Ya. Bozhinova، N. M. Kiryukhin، E. A. Kiryukhina. - X .: انتشارات Ranok، 2007. - 192 p.: ill.