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
  • 8 класс
  • Физика
  • Молекулярная теория строения вещества. Вещество и его структурные единицы. Свойства вещества. Модель молекулы. Примеры решения задач

Конспект урока: Молекулярная теория строения вещества. Вещество и его структурные единицы. Свойства вещества. Модель молекулы. Примеры решения задач

Молекулярная физика и термодинамика

08.02.2025
4041
0

Модель молекулы

План урока

  • Модель молекулы
  • Способы определения размера молекул
  • Атомная единица массы
  • Постоянная Авогадро

Цели урока

  • знать, для чего используются модели; как можно оценить размер молекул; из каких частиц состоит атом; что такое атомная единица массы; что такое постоянная Авогадро
  • уметь привести примеры моделей; привести примеры, доказывающие, что размеры молекул очень малы; переводить граммы в атомные единицы массы и обратно; находить количество молекул; находить массу одной молекулы по таблице

Разминка

  • Можно ли увидеть молекулу под микроскопом?
  • Из чего состоит атом?
  • Какова масса одной молекулы?

Модель молекулы

При изучении и описании многих физических явлений и свойств веществ внутреннее строение молекул можно не учитывать, в этом случае молекулу представляют как маленький жёсткий шарик, обладающий постоянной массой и свойствами — модель молекулы.

К моделированию прибегают для того, чтобы упростить расчёты и описание реальных объектов при их изучении.


Моделирование — процесс замены сложного физического объекта на более простой.


Объект нашего изучения — молекула — в реальности не является маленьким твёрдым шариком, но, так как во многих процессах молекулы ведут себя подобно шарикам, данную модель можно использовать для описания этих процессов.

Способы определения размера молекул

Размеры молекул очень малы: их невозможно увидеть в обычный оптический микроскоп, несмотря на то что он позволяет увидеть частицы размером 0,1 мкм. Следовательно, размеры молекул ещё меньше этой величины.

 

Вопрос о том, из чего состоят все вещества, какова мельчайшая частица вещества, издавна волновал учёных. Более двух с половиной тысяч лет назад древнегреческие учёные Демокрит, Эпикур, Лукреций и другие предложили атомарную гипотезу строения вещества. Основной её тезис заключался в том, что все вещества состоят из мельчайших неизменных частиц — атомов. И только 100–150 лет назад были получены первые представления о размерах молекул и атомов.

Рис. 1. Масло растекается по поверхности воды тончайшей плёнкой

Чтобы оценить размеры молекул твёрдых веществ, можно попробовать механическим путём получить как можно более тонкий слой вещества — размер молекулы не может быть больше толщины этого слоя. Так, уже в XVIII веке ювелиры умели изготавливать пластины золота толщиной около 10-9 м. Можно сделать вывод, что размер атома золота не превышает 1 нм. Аналогичным способом можно оценить размеры молекул масла, измерив толщину плёнки, получаемой при растекании масла по поверхности воды (рис. 1).

Убедиться в том, что размеры молекул очень малы, помогает простой опыт: разведём в колбе с водой частичку марганцовки. Отольём часть раствора в другой сосуд и добавим в первый чистой воды. Полученный раствор окажется не таким ярким, как в первом случае. Повторим процесс: отольём часть второго раствора в третий сосуд и снова добавим чистой воды.

Рис. 2. Марганцовка, разведённая в воде

Полученный в третьем случае раствор будет ещё более прозрачным, чем второй (рис. 2). В первом сосуде была растворена лишь одна крупинка марганцовки, но, несмотря на это, получившийся в конечном итоге раствор имеет не такой яркий, но равномерный цвет. Проделанный опыт позволяет убедиться, что одна крупинка марганцовки состоит из огромного количества мельчайших частиц.

С развитием технологий, в том числе появлением электронного микроскопа, появилась возможность наблюдать и исследовать молекулы и атомы вещества. Размер большинства молекул составляет около 0,2 нм.


Согласно современным представлениям, атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны — положительно заряженные частицы и нейтроны — частицы, не имеющие заряда, — имеют приблизительно равные массы, расположены в ядре и называются нуклоны. Вокруг ядра по орбиталям вращаются отрицательно заряженные частицы — электроны.


Более подробно о взаимодействии и величине зарядов вы узнаете при изучении электрических явлений.

Атомная единица массы

Основная масса вещества сосредоточена в ядре: это объясняется тем, что масса одного нуклона почти в 2 000 раз больше массы электрона. Как следствие, при расчётах массу всего атома принимают равной массе ядра.

 

Масса одного атома очень мала, в связи с этим измерять её в килограммах или граммах нецелесообразно. В 1961 г. было заключено международное соглашение, по которому за единицу измерения массы атомов или молекул приняли 112 массы атома углерода — это одна атомная единица массы — а. е. м.


Атомная единица массы — это 112 массы атома углерода.
 

1 а. е. м. = 1,66 ∙ 10-27 кг


Массу одного атома или одной молекулы принято обозначать m0. Масса всего вещества — m. Количество молекул N, содержащееся в веществе массой m, можно найти, разделив общую массу вещества на массу одной молекулы: 

 

N = mm0.

 

Значения масс некоторых атомов и молекул приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Массы некоторых атомов и молекул

Название вещества

Масса атома, а. е. м.

Масса молекулы, а. е. м.

водород

1

2

кислород

16

32

медь

64

олово

119

вода

18

углекислый газ

44

 

 

Масса одного атома кислорода, согласно таблице, равна m0 = 16 а. е. м. Переведём эту величину в граммы:

 

m0 = 16 · 1,66 · 10-27 кг = 16 · 1,66 · 10-24 г = 26,56 · 10-24 г.

 

Найдём количество атомов кислорода N, содержащееся в веществе массой 
m = 16 г:

 

N = mm0 = 16 г26,56 · 10-24 г  6,024 · 1023.

 

Очевидно, что, если рассчитать количество молекул, содержащееся в воде массой m = 18 г, мы получим ровно такое же значение.

Постоянная Авогадро

Таким образом, для любого вещества существует такая масса m, при которой количество содержащихся в веществе молекул равно 6,024 ∙ 1023 — это число получило название постоянная Авогадро, названная в честь итальянского химика Амедео Авогадро (1776–1856).


Постоянная Авогадро NA — число молекул (атомов) в веществе, масса которого в граммах численно равна массе молекулы (атома) этого вещества, выраженной в атомных единицах массы.

 

NA  6,02 · 1023.


Итоги

 

  • Чтобы упростить расчёты и описание объектов при их изучении, реальные объекты заменяются на модели.
  • Размер большинства молекул составляет примерно 0,2 нм.
  • Атом состоит из протонов, нейтронов и электронов.
  • Частицы, расположенные в ядре, называются нуклоны.
  • Массы атомов и молекул измеряются в атомных единицах массы: одна атомная единица массы — это 1/12 массы атома углерода: 
    1 а. е. м. = 1,66 ∙ 10-27 кг.
  • Постоянная Авогадро — число молекул (атомов) в веществе, масса которого в граммах численно равна массе молекулы (атома) этого вещества, выраженной в атомных единицах массы: NA  6,02 · 1023.


Контрольные вопросы

 

1. Почему молекулы и атомы невозможно увидеть в оптический микроскоп?
2. Как можно экспериментально оценить размеры молекул?

3. Как рассчитать количество молекул в веществе заданной массы?
4. Что такое постоянная Авогадро?


Предыдущий урок
Теплоёмкость тела. Удельная теплоёмкость
Молекулярная физика и термодинамика
Следующий урок
Основы термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате совершения работы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате теплообмена
Молекулярная физика и термодинамика
Урок подготовил(а)
Андрей Михайлович
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
    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