Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 7 класс
  • Физика
  • Взаимное притяжение и отталкивание молекул. Агрегатные состояния вещества. Различие в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов
  • Законы сохранения в механике

  • Кинематика

  • Механическая работа и энергия

  • Динамика

  • Статика

  • Физические явления и методы их изучения

Конспект урока: Взаимное притяжение и отталкивание молекул. Агрегатные состояния вещества. Различие в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов

Другие разделы

29.03.2024
3009
0

Взаимное притяжение и отталкивание молекул. Агрегатные состояния вещества. Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов

План урока

  • Взаимное притяжение и отталкивание молекул
  • Агрегатные состояния вещества
  • Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов

Цели урока

  • знать, как взаимодействуют молекулы в зависимости от расстояния между ними; понятия смачивания и несмачивания вещества; виды агрегатных состояний вещества; свойства твёрдых, жидких и газообразных веществ
  • уметь объяснять, в каких случаях проявляются силы межмолекулярного притяжения, а в каких — силы отталкивания; приводить примеры смачиваемых и несмачиваемых веществ; объяснять свойства твёрдых, жидких и газообразных веществ с точки зрения их внутреннего строения

Разминка

  • Как молекулы веществ взаимодействуют между собой?
  • Почему бумага намокает, а воск — нет?
  • В каких состояниях может находиться вода?

Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Наблюдая за окружающими нас телами, можно заметить, что без внешнего воздействия они не изменяют свою форму и размер, следовательно, расстояние между молекулами с течением времени не меняется. Получается, что молекулы твёрдых тел находятся на таком расстоянии друг от друга r0, что силы межмолекулярного взаимодействия либо отсутствуют, либо скомпенсированы.


Если бы частицы вещества не притягивались друг к другу, то тела рассыпались бы на составляющие их молекулы, значит, на расстоянии r0 между молекулами существуют силы притяжения. Кроме этого, при попытке растянуть или разорвать твёрдое тело, например, швейную нить, мы почувствуем, что для этого необходимо приложить достаточно большую силу. Из вышесказанного можно сделать вывод, что при увеличении расстояния между молекулами проявляются силы межмолекулярного притяжения.


На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул r0, между молекулами вещества действуют силы притяжения.


Рис. 1

Чтобы притяжение между молекулами стало заметно, расстояние между ними должно быть сравнимо с размером самих молекул r0: если молекулы расположены слишком далеко друг от друга, силы межмолекулярного притяжения не проявляются. Так, разбитое стекло имеет очень неровные края, поэтому, приставляя их друг другу, мы не сможем уменьшить расстояние между частицами вещества настолько, чтобы проявились силы 
притяжения — осколки не слипнутся. Необработанные свинцовые цилиндры тоже не будут слипаться, но, если их отполировать и плотно прижать друг к другу, мы сможем сблизить молекулы свинца на достаточно близкое расстояние — цилиндры сцепятся друг с другом. При этом силы притяжения молекул свинца будут обеспечивать очень сильное сцепление, выдерживающее значительные нагрузки (рис. 1). 

Если нагреть стекло, оно размягчится, в этом случае части стекла можно будет сблизить на достаточно малые расстояния, такие, что начнут действовать силы межмолекулярного притяжения — стекло спаивается. Аналогично осуществляется пайка металлических деталей: их края нагревают до такой температуры, чтобы они размягчились и появилась возможность плотно прижать детали друг к другу.


Если расстояние между молекулами r во много раз больше размеров самих молекул r0, силы притяжения не проявляются. При уменьшении этого расстояния силы межмолекулярного притяжения будут расти.



Нам уже известно, что между молекулами вещества имеются промежутки, но частицы вещества не слипаются, несмотря на наличие сил притяжения. Это связано с тем, что на расстояниях, сравнимых с размерами молекул, действуют не только силы притяжения, но и силы отталкивания.


На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул r0, заметнее проявляются силы притяжения, при дальнейшем сближении — силы отталкивания.



Рис. 2

Доказательством существования сил межмолекулярного отталкивания может служить тот факт, что твёрдые тела и жидкости практически невозможно сжать. Например, некоторые виды стали способны выдерживать нагрузку, превышающую атмосферное давление практически в 9 000 раз, без изменения своей формы (рис. 2). 


Таким образом, на расстояниях, сравнимых с размерами молекул r= r0, силы отталкивания и притяжения равны, вещество находится в стабильном состоянии: сохраняет свою форму и объём.

 

Если попытаться сжать тело, уменьшив расстояние до значения r < r0, силы отталкивания резко возрастают, преобладая над силами притяжения, препятствуя изменению формы и объёма тела. 

Напротив, при увеличении расстояния до величины r > r0 преобладают силы межмолекулярного притяжения. Если расстояние r окажется во много раз больше размеров самих молекул r  r0, силы притяжения молекул будут недостаточно велики, чтобы сохранить целостность вещества — вещество разрушается. Наличие сил межмолекулярного притяжения и отталкивания объясняет наличие постоянной формы у твёрдых тел и способность сопротивляться внешним деформациям.


Силы межмолекулярного притяжения и отталкивания существуют не только между молекулами одного вещества, но и между молекулами разных веществ. 

Рис. 3. Смачивание поверхности

Рассмотрим простой пример: если уронить стаканчик с чаем на бумагу, она промокнет (рис. 3). Что произошло с точки зрения взаимодействия молекул? Дело в том, что часть молекул жидкости будет находиться на границе раздела двух сред — бумаги и верхнего слоя жидкости. Как со стороны бумаги, так и со стороны жидкости на эти молекулы будут действовать силы притяжения. Так как бумага промокнет, можно сделать вывод, что в данном случае молекулы жидкости притягиваются к молекулам бумаги сильнее, чем молекулы жидкости друг к другу. Рассмотренное явление называется смачиванием. 

Рис. 4. Несмачивание поверхности

Возможен и другой вариант: если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы жидкости притягиваются к молекулам твёрдого тела, то поверхность твёрдого тела не промокнет, жидкость не будет растекаться, а будет собираться капельками 
(рис. 4). В данном случае наблюдается несмачивание поверхности. 


Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела, то жидкость не смачивает твёрдое тело.

 

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела, то жидкость смачивает поверхность твёрдого тела.



Рис. 5. Пример несмачиваемой поверхности

К несмачиваемым водой поверхностям относятся поверхности, покрытые жиром: этим свойством пользуются водоплавающие птицы, чтобы избежать намокания перьев (рис. 5); воск, пластик, резина и другие. 

Примерами смачивания служат такие явления, как намокание шерсти и одежды, размокание бумаги, попавшей под воду, растекание воды по поверхности тарелок при мытье посуды и многие другие.

Агрегатные состояния вещества 

Известно, что вещества могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Так, лёд в морозилке представляет собой воду в твёрдом состоянии, при комнатной температуре кусочек льда быстро растает — вещество перейдёт в жидкое состояние. Если воду нагреть до температуры кипения, она начнёт превращаться в пар. Таким образом, вода может находиться в трёх состояниях, называемых агрегатными состояниями вещества.  


В зависимости от внешних условий любое вещество может находиться в жидком, твёрдом или газообразном состоянии. Эти состояния называются агрегатными.



Рис. 6. Жидкость принимает форму сосуда

Из повседневной жизни мы знаем, что, чтобы изменить форму или объём твёрдого тела, необходимо приложить значительное усилие. Понятно, что различные твёрдые тела обладают разными свойствами. Например, сталь — очень твёрдое вещество: стальную деталь сложно сжать или согнуть, она не повредится при падении. Мрамор — очень твёрдое, но достаточно хрупкое вещество. Общая черта всех твёрдых тел — наличие собственной формы и объёма.

Рис. 7. Литье металлических деталей

В отличие от твёрдых тел, жидкости легко меняют свою форму — данное свойство называется текучестью. Вода всегда принимает форму сосуда, какой бы сложной формой он не обладал (рис. 6). Свойство жидкостей принимать фору сосуда используют при изготовлении литых деталей: металл нагревают до температуры его плавления и заливают жидким металлом в заранее подготовленную форму (рис. 7). Литьё применяют в случаях, когда необходимо получить изделие сложной формы, что потребовало бы длительной и трудоёмкой механической обработки. 

 

Таким образом, жидкости не имеют постоянной формы, но сохраняют свой объём.

Газообразные вещества чаще всего не имеют цвета — они невидимы, но в окружающем нас пространстве всегда присутствует воздух, представляющий собой смесь различных газов и частичек твёрдых веществ. Газы легко меняют свой объём и всегда заполняют всё предоставленное им пространство. Это значит, что невозможно заполнить газом только половину сосуда, его молекулы всегда распределяются по всему объёму — газ принимает форму сосуда. 

 

Газообразные вещества не имеют собственной формы и постоянного объёма. Газы всегда полностью заполняют предоставленный им объём.

Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов

Различия между твёрдым, жидким и газообразным состояниями вещества обусловлены тем, что в разных агрегатных состояниях молекулы одного и того же вещества по-разному взаимодействуют между собой.


В газах расстояние между молекулами во много раз превышает размеры самих молекул, поэтому молекулы газа практически не притягиваются друг к другу. Частицы газа движутся прямолинейно, сталкиваются друг с другом или стенками сосуда и меняют направление движения. Таким образом, молекулы газа движутся хаотично и заполняют весь сосуд (рис. 8, а).

Рис. 8. Расположение молекул воды в газообразном, жидком и твёрдом состояниях

В жидкостях молекулы расположены намного ближе друг к другу (рис. 8, б), чем в газах, но межмолекулярные силы притяжения недостаточно велики, поэтому молекулы жидкости также непрерывно хаотически движутся. Благодаря такому строению жидкости легко меняют свою форму, принимая форму сосуда. В то же время силы межмолекулярного притяжения позволяют жидкостям сохранять свой объём. 

 

Жидкости практически несжимаемы, так как межмолекулярные расстояния настолько малы, что при попытке их уменьшить проявляются значительные силы отталкивания. При увеличении давления на жидкость её плотность или совсем не изменится — в этом случае жидкость несжимаема, — или увеличится на очень малую величину — жидкость сжимаема.

Среднее расстояние между молекулами твёрдого тела сравнимо с размерами самих молекул, поэтому межмолекулярные силы притяжения и отталкивания скомпенсированы: твёрдые тела имеют постоянную форму и объём. Благодаря тому, что силы притяжения и отталкивания в твёрдых телах скомпенсированы, молекулы не движутся в хаотичных направлениях, но непрерывно колеблются около своего положения.

 

Многие твёрдые вещества имеют упорядоченную внутреннюю структуру: в таких веществах молекулы расположены в определённых местах, образуя решётку с повторяющимся рисунком (рис. 8, в). Такая структура называется кристаллической решёткой, каждая ячейка которой имеет правильную геометрическую форму, молекулы вещества расположены в узлах этой решётки. К веществам с кристаллической решёткой относятся различные соли, металлы, алмаз, графит и другие.


Итоги


На расстояниях r, сравнимых с размерами молекул r = r0, силы отталкивания и притяжения равны.

 

Если попытаться сжать тело, уменьшив расстояние до значения 
r < r0, силы отталкивания резко возрастают, преобладая над силами притяжения, препятствуя изменению формы и объёма тела. 

 

При увеличении расстояния до величины r > r0 преобладают силы межмолекулярного притяжения. Если расстояние r во много раз больше размеров самих молекул r  r0, силы притяжения молекул будут недостаточно велики, чтобы сохранить целостность вещества — вещество разрушается.


В зависимости от внешних условий любое вещество может находиться в жидком, твёрдом или газообразном состоянии. Эти состояния называются агрегатными .


Молекулы газа непрерывно и беспорядочно движутся, заполняя весь предоставленный им объём. Вещество, находящееся в газообразном состоянии, не имеет собственной формы и объёма.


Молекулы жидкости расположены ближе друг к другу, чем в газах, и непрерывно хаотически движутся. Жидкости легко меняют свою форму, принимая форму сосуда, но сохраняют свой объём.


Силы притяжения и отталкивания в твёрдых телах скомпенсированы, молекулы не движутся в хаотичных направлениях, но непрерывно колеблются около своего положения. Твёрдые тела сохраняют свою форму и объём.



Контрольные вопросы
 

1. Объясните действие клея с точки зрения взаимодействия молекул.

2. Почему твёрдые тела имеют постоянную форму, а жидкости и газы — нет? 

3. Приведите примеры смачиваемых и несмачиваемых веществ.


Предыдущий урок
Применение условий равновесия твёрдого тела. Решение задач
Статика
Следующий урок
Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. Физика и её влияние на развитие техники
Физические явления и методы их изучения
Урок подготовил(а)
teacher
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
Поделиться:
  • Правописание приставок

    Русский язык

  • Правописание наречий

    Русский язык

  • Признаки равенства прямоугольных треугольников

    Геометрия

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке