Конспект урока: Движение молекул. Взаимодействие молекул. Агрегатные состояния вещества

Броуновское движение. Броуновские частицы

При изучении строения молекул вы узнали, что молекулы любого вещества непрерывно движутся. Но, наблюдая за окружающими нас телами и жидкостями, мы не замечаем этого движения. Кажется, что воздух в комнате при отсутствии сквозняка тоже остаётся в покое. Но факт движения молекул доказан экспериментально и не поддаётся сомнениям. В данном параграфе мы узнаем об экспериментах и наблюдениях, результаты которых позволили точно установить: частицы любого вещества непрерывно и хаотически движутся.

Если понаблюдать за пылинками, витающими в воздухе, в свете солнечных лучей, можно заметить, что направление их движения хаотично. Несмотря на то что частички пыли тяжелее молекул воздуха, они не только не оседают на пол под действием силы тяжести, но иногда движутся в противоположном направлении. Подобные явления можно наблюдать в жидкостях. Если капнуть каплю синей краски в стакан с чистой водой, но не перемешивать жидкость, можно наблюдать, как вода постепенно изменяет свой цвет и приобретает голубой оттенок, несмотря на отсутствие внешнего воздействия. В чём же причина подобных явлений?

Рис. 1. Броуновское движение

Впервые данное явление описал английский ботаник Роберт Броун в 1827 г. Учёный наблюдал в микроскоп непрерывное движение частиц пыльцы растений в капле воды (рис. 1). Напомним, что молекулы невозможно увидеть в обычный микроскоп: их размеры слишком малы, но можно увидеть, что крупинки краски или пыльцы, находящиеся в жидкости, постоянно движутся. Движение твёрдых частиц в жидкости или газе получило название броуновское движение.

Теоретическое обоснование броуновского движения разрабатывали независимо друг от друга Альберт Эйнштейн и польский учёный Мариан Смолуховский. Впоследствии французский физик Жан Перрен в ходе эксперимента установил, что при неизменных условиях средняя скорость движения частиц остаётся постоянной.

Наблюдаемое явление требовало поиска ответов на два вопроса: почему частицы твёрдого вещества не оседают на дно под действием силы тяжести и почему молекулы вещества не теряют своей скорости, что должно было происходить при столкновении с частицами воды?

Оказывается, молекулы жидкости находятся в непрерывном хаотическом движении, в результате чего частицы воды сталкиваются с молекулами краски и заставляют их изменить своё положение.

Как уже было сказано выше, при неизменных внешних условиях средняя скорость хаотического движения молекул среды остаётся постоянной с течением времени. Наблюдая за броуновскими частицами при изменении температуры окружающей среды, Перрен установил, что с ростом температуры возрастает скорость броуновских частиц, следовательно, возрастает и скорость молекул жидкости. Так как было установлено, что скорость молекул зависит от температуры, хаотическое движение частиц было названо тепловым.

Движение броуновских частиц никогда не прекращается, даже при самых низких температурах. Учёные фиксировали движение взвешенных частиц в каплях воды, замурованных в кусках кварца и пролежавших в земле тысячи лет.

Диффузия

Рис. 2. Диффузия в жидкости

Если бросить в воду несколько кристаллов перманганата калия (рис. 2), молекулы воды, находясь в постоянном движении, будут взаимодействовать с частицами марганцовки. В результате такого взаимодействия вода окрасится в фиолетовый цвет — вещества перемешались. Данное явление получило название диффузия.

Рис. 3. Диффузия в твёрдых телах

В процессе диффузии молекулы одного вещества вследствие непрерывного хаотического движения проникают между молекулами другого вещества. Явление диффузии наблюдается не только в жидкостях, но и в газах, и в твёрдых телах. Быстрее всего вещества перемешиваются в газах, так как скорость молекул у них наибольшая, медленнее всего смешиваются твёрдые вещества — видимый результат может быть получен лишь через несколько лет.

 

Так, если положить свинцовую и золотую пластинки под пресс, через несколько лет граница раздела сред станет размытой: уже через пять лет молекулы золота и свинца проникнут друг в друга на один миллиметр (рис. 3). Ускорить данный процесс можно, увеличив температуру окружающей среды.

Растворение сахара в чае, маринование грибов, смешивание красок художниками, действие освежителя воздуха — всё это примеры диффузия, встречающиеся нам ежедневно. 

В природе диффузия также играет важнейшую роль: без неё растения бы не получали смесь питательных веществ из почвы и кислород, а атмосфера вблизи поверхности Земли не была бы равномерно насыщена необходимыми нам для дыхания веществами. 

В технике способность веществ проникать друг в друга используют для получения новых материалов с заданными свойствами.

Итоги

• Броуновское движение — это беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных частиц твёрдого вещества в жидкости или газе, вызываемое беспорядочным движением частиц жидкости или газа.
• Броуновское движение является доказательством непрерывного хаотического движения частиц.
• Скорость хаотического движения молекул зависит от температуры: чем выше температура, тем больше скорость частиц, поэтому непрерывное хаотическое движение молекул названо тепловым.
• Диффузия — процесс взаимного проникновения друг в друга контактирующих веществ вследствие теплового движения молекул.
• Диффузия наблюдается в любых агрегатных состояниях вещества.
• Чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия.