Ход урока:
1. Организационный момент – 1 мин
2. Проверка домашнего задания – 10 мин
3. Объяснение нового материала – 25 мин
4. Закрепление материала – 7 мин
5. Домашнее задание – 2 мин
Конспект урока:
Повторение. В естественном состоянии в природе встречаются атомы 90 химических элементов, которые, соединяясь друг с другом, образуют молекулы различных веществ. Молекулой называется наименьшая устойчивая частица вещества, сохраняющая его основные химические свойства.
Электрическое поле при перемещении заряда q = 1 Кл между точками с разностью потенциалов совершает работу А = 1 Дж.
Строение и свойства макроскопических тел как результат взаимодействия большого числа атомов, молекул или ионов, из которых они состоят, объясняет молекулярно-кинетическая теория.
В ее основе лежат три положения:
1) все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (простейшие молекулы состоят из одного атома);
2) молекулы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении;
3) между молекулами действуют силы, которые в зависимости от расстояния являются силами притяжения или отталкивания.
Первое положение молекулярно-кинетической теории косвенно подтверждается явлениями сжимаемости, проницаемости и растворимости веществ, а также законами сохранения массы, . кратных отношений и кратных объемов при химических реакциях.
Закон сохранения массы — фундаментальный закон природы, который был открыт русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовыми экспериментально подтвержден в 70-х гг. XVIII в. французским химиком Антуаном Лавуазье:
сумма масс исходных веществ равна сумме масс продуктов химической реакции.
В 1808 г. Гей-Люссак измерил объемы взаимодействующих газов и на основе этого установил состав аммиака и пяти оксидов азота и сформулировал закон простых объемных отношений реагирующих газов:
при постоянных давлении и температуре объемы взаимодействующих газов и продуктов их превращения относятся как простые целые числа 1:2:3, т. е. один объем газа взаимодействует с одним, двумя или тремя объемами другого газа.
В 1803 г. английским химиком и физиком Джоном Дальтоном был открыт закон кратных отношений:
если два элемента образуют несколько химических соединений, то массы одного из этих элементов, приходящихся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.
В настоящее время можно наблюдать и даже фотографировать отдельные молекулы и атомы с помощью современных электронных микроскопов.
Второе положение молекулярно-кинетической теории подтверждается явлениями броуновского движения и диффузии.
Непрерывное хаотическое движение очень малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, называют броуновским движением. Оно было открыто в 1827 г. английским ботаником Робертом Броуном, который, рассматривая под микроскопом мелкие частицы цветочной пыльцы (диаметром до 0,005 мм) в воде, обнаружил, что они движутся непрерывным, беспорядочным образом. Он установил также, что движение тем интенсивнее, чем выше температура. Что же является причиной броуновского движения? Броуновская частица подвергается многочисленным ударам движущихся молекул окружающей ее среды. Но поскольку движение молекул носит случайный (хаотический) характер, то количество ударов за некоторый малый промежуток времени оказывается неодинаковым с разных сторон частицы. Вследствие этого суммарная сила давления на броуновскую частицу не равна нулю, и поэтому она находится в хаотическом движении, которое продолжается неограниченно долго.
Таким образом, причиной броуновского движения является случайное изменение сил давления, действующих на поверхность броуновской частицы со стороны молекул среды. Так как результирующая сила давления хаотически меняется и по направлению, и по модулю, то частица находится в беспорядочном движении.
Для характеристики случайных отклонений вводится понятие флуктуации. Флуктуацией физической величины называется отклонение ее значения от среднего вследствие различных случайных процессов. Так, например, флуктуации числа ударов молекул вызывают броуновское движение.
С помощью теплового движения молекул легко объяснить явления распространения запахов, цветовых оттенков в жидкостях и т. д. Эти явления связаны с диффузией, которая приводит к самопроизвольному перемешиванию и взаимопроникновению веществ. Опыт показывает, что это явление наиболее активно происходит в газовой фазе, слабее — в жидкой фазе, а в твердой фазе оно практически незаметно.
Более строго явлением диффузии называется процесс установления внутри фаз равновесного распределения концентраций вещества. Отметим, что в однофазной системе при постоянной температуре и отсутствии внешних сил с течением времени именно диффузия выравнивает концентрацию вещества по всему объему.
Массы атомов чрезвычайно малы, поэтому на практике удобно использовать не их абсолютные, а относительные значения, т. е полученные сравнением (отношением) с соразмерными величинами. Согласно международному соглашению массы всех атомов принято сравнивать с массой атома углерода С: за
атомную единицу массы (1 а.е.м.) принимается массы атома углерода С (1 а.е.м. = 1,66·10-27 кг). В этом случае масса атома любого химического элемента выражается числом, очень близким к целому.
Относительной атомной массой Мr вещества (массовым числом) называют безразмерное число, равное отношению массы атома т данного вещества к атомной единице массы. Относительные атомные массы приводятся в таблице Менделеева рядом с номером элемента (см. форзац II).
Зная химическую формулу вещества, можно приближенно вычислить его относительную молекулярную массу и абсолютное значение массы одной молекулы. Например, относительная масса углекислого газа С02 равна 12 + 2·16 = 44, так как эта молекула содержит атомы углерода С и кислорода О с относительными массами 12 и 16. Таким образом, можно рассчитать массу молекулы углекислого газа в килограммах: mСO2 = 44 а.е.м. = 44·1,66· 1027 кг = 73,5·10-27 кг.
Для характеристики количества вещества в любом макроскопическом теле можно было использовать число молекул или атомов в нем. Однако это число чрезвычайно велико. Так, например, тело человека содержит ~ 4·1027 атомов различных химических элементов. Поэтому более удобно использовать не абсолютное, а относительное число молекул или атомов. В СИ единицей количества вещества является моль:
1 моль — количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько их в 0,012 кг углерода.
Таким образом, согласно определению в одном моле любого вещества содержится одинаковое количество частиц (атомов или молекул), называемое числом (постоянной) Авогадро (NA). Найдем его значение, разделив массу одного моля углерода (0,012 кг) на массу одного атома углерода:
Число Авогадро является одной из фундаментальных физических постоянных. Например, оно позволяет определить массу и размеры атома, число атомов или молекул в данном количестве вещества, заряд иона и т. д.
Количество вещества ν — число молей в данной порции вещества — равно отношению числа молекул N в веществе к постоянной Авогадро NА:
В физике и химии широко используется понятие молярной массы М. Молярной массой называют массу некоторого вещества, взятого в количестве одного моля:
М = m0NA,
где т0 — масса одной молекулы или атома вещества.
Оценим массу молекулы т0 вещества с молярной массой М. Если масса тела т, а число молекул в нем N, то
Например, для алюминия (М = 0,027 кг) получаем m0 ~ 4,5·10-26 кг.
Размер молекулы можно оценить, считая ее жестким шариком диаметром d. Предположим, что молекулы рассматриваемого вещества упакованы вплотную, как биллиардные шары, заполняющие полностью некоторый объем. Разделив массу молекулы т0 на плотность вещества ρ, найдем объем V0, приходящийся в среднем на одну молекулу: V0 =. С учетом шарообразной формы молекулы получаем
При такой оценке диаметра, например для молекулы алюминия получаем d~10-10 м.
Приведем описание броуновского движения, данное немецким педагогом Робертом Полем: «Немногие физические явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы совершающегося в природе. Перед ним открывается новый мир, безостановочная, ошеломляющая сутолока совершенно необозримого числа особей. Нигде нет ни следа системы или порядка. ' Господство слепого случая — вот какое сильное подавляющее впечатление производит эта картина на всякого непредубежденного наблюдателя. Никакое словесное описание не может даже приблизительно заменить действие собственного наблюдения».
1. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетическои теории строения вещества.
2. Какие наблюдения и эксперименты подтверждают атом-но-молекулярное строение вещества?
3. Что называют броуновским движением? диффузией?
4. Что такое атомная единица массы? Запишите ее соотношение с килограммом.
5. Что такое относительная атомная масса? молярная масса вещества?
6. Чему равна постоянная Авогадро? Каков ее смысл?
7. Что такое количество вещества?
8. Оцените размер и массу атома свинца.
|