Взаимодействие молекул (7 класс) — Гипермаркет знаний. Взаимодействие молекул Физика как взаимодействуют между собой молекулы

Определение притяжения и отталкивания молекул в физике в 7 классе

Взаимодействие молекул (7 класс) — Гипермаркет знаний. Взаимодействие молекул Физика как взаимодействуют между собой молекулы

1001student.ru > Физика > Определение притяжения и отталкивания молекул в физике в 7 классе

Все материальные объекты состоят из устойчивых, электрически нейтральных частиц — молекул. Они способны притягиваться и отталкиваться, не позволяя физическому телу распасться на отдельные атомы. От межмолекулярного взаимодействия зависят основные свойства материального строения. Тема «Притяжение и отталкивание молекул» изучается в 7 классе на уроках физики.

Зависимость притяжения от расстояния

Для определения сил притяжения важно знать, на каком расстоянии находятся молекулы. Если частицы расположены на большой дистанции, возникают 3 эффекта:

  1. Дисперсионный. Во время вращения электронов вокруг ядра возникают диполи — идеализированные системы, состоящие из разноименных точечных зарядов. Если эти структуры обращены друг к другу положительными и отрицательными зарядами, между молекулами появляется магнитное поле. В результате образуется сила притяжения, укрепляющая связи между диполями.
  2. Ориентационный. Если молекулы состоят из ионов с разноименными зарядами, они обращены друг к другу противоположно заряженными частями. В результате возникает диполь-дипольное взаимодействие. Ориентационный эффект притяжения характерен для кислот, состоящих из иона водорода и неметалла с отрицательным зарядом.
  3. Индукционный. Частица, находящаяся в электромагнитном поле, поляризуется. Изменяется направление колебания излучения, что приводит к сосредоточению электронов на 1 стороне. В результате взаимодействия поляризованных частиц образуется индуцированный диполь. Увеличение энергии дипольного взаимодействия обуславливается зарядом электрически нейтральных частиц.

Если молекулы находятся на близком расстоянии, их электронные облака перекрываются. В результате частицы начинаются отталкиваться друг от друга.

По принципу взаимодействия одноименных зарядов расстояние между молекулами постепенно увеличивается. Примерами отталкивания молекул являются штамповка, ковка, сжатие рессора в машине и натяжения тетивы.

Краткое описание межмолекулярного взаимодействия

Чтобы понять, почему молекулы притягиваются и отталкиваются, нужно знать строение физических тел. Мельчайшие частицы вещества состоят из атомов.

Их количество зависит от вещества, из которого состоит материальный объект. Количество атомов основных химических элементов указано в периодической таблице Д. И. Менделеева. Молекулы вещества постоянно перемещаются.

Скорость движения частиц зависит от температуры физического тела.

В зависимости от характера межмолекулярных связей, выделяют следующие разновидности веществ:

  1. Твердые: молекулы расположены на близком расстоянии. В результате их взаимодействия могут возникать интенсивные колебания вокруг положения равновесия. Атомы образуют кристаллическую решетку, где частицы расположены в закономерном порядке. По этой причине твердые вещества называются кристаллами. Если молекулы расположены не по порядку, физическое тело будет являться аморфным. В кристаллической решетке между частицами наблюдается сильное притяжение, поэтому твердые вещества способны сохранять свою форму и объем.
  2. Жидкие: расстояние между мельчайшими частицами выше, чем в телах с кристаллической решеткой. Молекулы жидкостей способны совершать колебательные движения и изменять положение равновесия. В жидких веществах частицы расположены на разных позициях. Между ними возникают промежутки разного размера. Из-за постоянной смены положения равновесия жидкости имеют форму вытянутой капли.
  3. Газообразные: мельчайшие частицы размещены на дальнем расстоянии. Благодаря наличию большого количества свободного пространства они могут двигаться, сталкиваясь друг с другом. По этой причине газы могут легко сжиматься. Притяжение в газообразных веществах практически отсутствует. По этой причине они не сохраняют свою форму и объем.

Во всех средах может возникать диффузия. Это явление представляет собой смешивание молекул тел, состоящих из различных химических элементов. В результате расстояние между мельчайшими частицами изменяется. Чем меньше дистанция между молекулами, тем сильнее они притягиваются.

Притяжение между мельчайшими частицами проявляется заметно, если выполняется следующее условие: расстояние между молекулами меньше, чем их размеры.

Основные разновидности

Выделяют следующие виды притяжения между частицами веществ:

  1. Электростатическое: проявляется на большом расстоянии. Является одним из самых слабых разновидностей межмолекулярного взаимодействия. Электростатическое притяжение характеризуется полярностью и поляризуемостью частиц.
  2. Донорно-акцепторное: проявляется во время химических реакций и при смене агрегатного состояния. Оно лежит в основе каталитических процессов и определяется количеством ионов в веществе. В результате донорно-акцепторного взаимодействия образуются новые растворы.

Для определения разновидности притяжения необходимо знать основные типы межмолекулярного взаимодействия и учитывать заряд поляризованных атомов.

Сильное притяжение возникает при взаимодействии водорода и неметаллов. В этом случае возникает молекулярная водородная связь. Ее энергия составляет 40 кДж/моль.

Этот параметр зависит от содержания водорода в веществе и электроотрицательности неметалла. Водородная связь является одной из основных тем для доклада по химии в 7 классе.

Ученикам необходимо знать ее роль в ассоциации частиц, процессах кристаллизации и растворения, электрической диссоциации и формировании кристаллогидратов.

Явление смачивания

Примером притяжения и отталкивания молекул может служить явления смачивания. Если смочить стеклянные поверхности 2 физических тел и плотно прижать их друг к другу, возникнет сила притяжения.

Для демонстрации явления смачивания можно использовать 2 стеклянных рамы, смоченные несколькими каплями воды. После отсоединения физических тел на обеих поверхностях будет присутствовать жидкость. Это значит, что между частицами стекла и воды возникло взаимное притяжение.

При отсутствии смачивания молекулы жидкостей и твердых тел не могут притягиваться друг к другу. В этом случае стеклянные поверхности останутся сухими.

Практические опыты

Явления взаимного притяжения и отталкивания молекул можно наблюдать при помощи практических опытов. Самым популярным из них является эксперимент с сухой одеждой.

Если ткань не наэлектризована, она не будет плотно прилегать к коже человека. Мокрая одежда прилипает к человеческому телу.

Аналогичный эффект наблюдается при смачивании листов бумаги и расплавлении листов железа.

Существование взаимного притяжения между частицами можно доказать при помощи сцепления свинцовых цилиндров. Если прижать тела друг другу, они не будут притягиваться.

Чтобы притяжение между молекулами возникло, нужно обработать поверхность свинцовых цилиндров стругом — изогнутым ножом с рукояткой. С помощью этого инструмента нужно заточить торцы физических тел.

После этого процесса необходимо отполировать свинцы и повторно прижать их друг к другу. Возникают силы притяжения.

Взаимодействие молекул. Строение твердых тел, жидкостей и газов. Молекулярная физика. – Класс!ная физика

Взаимодействие молекул (7 класс) — Гипермаркет знаний. Взаимодействие молекул Физика как взаимодействуют между собой молекулы

Молекулярная физика – это просто!

Силы взаимодействия молекул

Все молекулы вещества взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания. Доказательство взаимодействия молекул: явление смачивания, сопротивление сжатию и растяжению, малая сжимаемость твердых тел и газов и др. Причина взаимодействия молекул – это электромагнитные взаимодействия заряженных частиц в веществе.

Как это объяснить? Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Заряд ядра равен суммарному заряду всех электронов, поэтому в целом атом электрически нейтрален. Молекула, состоящая из одного или нескольких атомов, тоже электрически нейтральна.

Рассмотрим взаимодействие между молекулами на примере двух неподвижных молекул. Между телами в природе могут существовать гравитационные и электромагнитные силы. Так как массы молекул крайне малы, ничтожно малые силы гравитационного взаимодействия между молекулами можно не рассматривать.

На очень больших расстояниях электромагнитного взаимодействия между молекулами тоже нет. Но, при уменьшении расстояния между молекулами молекулы начинают ориентироваться так, что их обращенные друг к другу стороны будут иметь разные по знаку заряды (в целом молекулы остаются нейтральными), и между молекулами возникают силы притяжения.

При еще большем уменьшении расстояния между молекулами возникают силы отталкивания, как результат взаимодействия отрицательно заряженных электронных оболочек атомов молекул. В итоге на молекулу действует сумма сил притяжения и отталкивания.

На больших расстояниях преобладает сила притяжения (на расстоянии 2-3 диаметров молекулы притяжение максимально), на малых расстояниях сила отталкивания. Существует такое расстояние между молекулами, на котором силы притяжения становятся равными силам отталкивания. Такое положение молекул называется положением устойчивого равновесия.

Находящиеся на расстоянии друг от друга и связанные электромагнитными силами молекулы обладают потенциальной энергией. В положении устойчивого равновесия потенциальная энергия молекул минимальна. В веществе каждая молекула взаимодействует одновременно со многими соседними молекулами, что также влияет на величину минимальной потенциальной энергии молекул.

Кроме того, все молекулы вещества находятся в непрерывном движении, т.е. обладают кинетической энергией.

Таким образом, структура вещества и его свойства (твердых, жидких и газообразных тел) определяются соотношением между минимальной потенциальной энергией взаимодействия молекул и запасом кинетической энергии теплового движения молекул.

Строение и свойства твердых, жидких и газообразных тел

Строение тел объясняется взаимодействием частиц тела и характером их теплового движения.

Твердое тело

Твердые тела имеют постоянную форму и объем, практически несжимаемы. Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул больше кинетической энергии молекул. Сильное взаимодействие частиц.

Тепловое движение молекул в твердом теле выражается только лишь колебаниями частиц (атомов, молекул) около положения устойчивого равновесия.

Из-за больших сил притяжения молекулы практически не могут менять свое положение в веществе, этим и объясняется неизменность объема и формы твердых тел.

Большинство твердых тел имеет упорядоченное в пространстве расположение частиц, которые образуют правильную кристаллическую решетку. Частицы вещества (атомы, молекулы, ионы) расположены в вершинах – узлах кристаллической решетки.

Узлы кристаллической решетки совпадают с положением устойчивого равновесия частиц.

Такие твердые тела называются кристаллическими.

Жидкость

Жидкости имеют определенный объем, но не имеют своей формы, они принимают форму сосуда, в которой находятся. Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул сравнима с кинетической энергией молекул. Слабое взаимодействие частиц.

Тепловое движение молекул в жидкости выражено колебаниями около положения устойчивого равновесия внутри объема, предоставленного молекуле ее соседями

Молекулы не могут свободно перемещаться по всему объему вещества, но возможны переходы молекул на соседние места.

Этим объясняется текучесть жидкости, способность менять свою форму.

В жидкостях молекулы достаточно прочно связаны друг с другом силами притяжения, что объясняет неизменность объема жидкости. В жидкости расстояние между молекулами равно приблизительно диаметру молекулы. При уменьшении расстояния между молекулами (сжимании жидкости) резко увеличиваются силы отталкивания, поэтому жидкости несжимаемы.

По своему строению и характеру теплового движения жидкости занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами.

Хотя разница между жидкостью и газом значительно больше, чем между жидкостью и твердым телом. Например, при плавлении или кристаллизации объем тела изменяется во много раз меньше, чем при испарении или конденсации.

Газ

Газы не имеют постоянного объема и занимают весь объем сосуда, в котором они находятся. Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул меньше кинетической энергии молекул. Частицы вещества практически не взаимодействуют.

Газы характеризуются полной беспорядочностью расположения и движения молекул.

Расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров молекул. Малые силы притяжения не могут удержать молекулы друг около друга, поэтому газы могут неограниченно расширяться.

Газы легко сжимаются под действием внешнего давления, т.к. расстояния между молекулами велики, а силы взаимодействия пренебрежимо малы.

Давление газа на стенки сосуда создается ударами движущихся молекул газа.

Назад в раздел «10-11 класс»

Молекулярная физика. Термодинамика – Класс!ная физика

Основные положения МКТ. Масса и размер молекул. Количество вещества. — Взаимодействие молекул. Строение твердых тел, жидкостей и газов. — Идеальный газ. Основное уравнение МКТ. — Температура. Тепловое равновесие.

Абсолютная шкала температур. — Уравнение состояния идеального газа. — Изопроцессы. Газовые законы. — Взаимные превращения жидкостей и газов. Влажность воздуха. — Твердые тела. Кристаллические тела. Аморфные тела.

Урок 4. Взаимодействие молекул – HIMI4KA

Взаимодействие молекул (7 класс) — Гипермаркет знаний. Взаимодействие молекул Физика как взаимодействуют между собой молекулы
Архив уроков › Основные законы химии

В уроке 4 «Взаимодействие молекул» из курса «Химия для чайников» выясним что из себя представляет межмолекулярное взаимодействие; рассмотрим влияние сил Ван-дер-Ваальса на температуры плавления и кипения; определим роль электроотрицательности в образовании ковалентной полярной и водородной связи. Но нельзя обсуждать взаимодействие молекул, не зная их строения, поэтому не пройдите мимо прошлого урока «Схема образования молекул».

Межмолекулярное взаимодействие

Между молекулами в веществе всегда присутствует некоторое притяжение друг к другу, которое называется межмолекулярным взаимодействием. Притяжение молекул друг к другу не такое сильное, как взаимодействие между атомами в молекуле, и недостаточно для образования химических связей, но достаточно для того, чтобы сделать их слегка «клейкими» друг к другу.

Силы Ван-дер-Ваальса

Силы взаимодействия молекул, вызываемые мгновенными флюктуациями распределения электронов в атомах, называются силами Ван-дер-Ваальса. Заумно прозвучало? Далее все встанет на свои места.

Силы Ван-дер-Ваальса являются одним из видов межмолекулярного взаимодействия, но можно считать эти силы взаимодействия молекул основными.

Просто запомните, что именно благодаря силам Ван-дер-Ваальса в природе существуют три агрегатных состояния вещества.

Температура плавления и кипения

Возможно вы уже слышали, что температура представляет собой меру энергии теплового движения молекул, т.е. скорость движения и колебаний молекул (и атомов) зависит от температуры.

При низких температурах энергия теплового движения молекул очень мала, поэтому молекулы как бы «сонные» и Ван-дер-Ваальсовы силы без труда удерживают их вместе в упорядоченной плотноупакованной кристаллической решетке. Очевидно, что эта ситуация описывает твердое кристаллическое состояние.

Если к телу в твердом кристаллическом состоянии подводится тепло, то молекулы «просыпаются» и начинают все сильнее колебаться относительно своих равновесных положений в кристаллической решетке.

В том случае, если к кристаллу подведено достаточное количество энергии, молекулы начинают «бодрствовать»: они разрушают кристаллическую решетку и начинают свободно скользить одна вдоль другой, но пока еще соприкасаются друг с другом.

Эта ситуация иллюстрирует жидкое состояние, а температура перехода из твердого состояние в жидкое называется температурой плавления вещества. Но молекулы жидкости по-прежнему удерживается силами Ван-дер-Ваальса, хотя уже имеют достаточную энергию, чтобы не оставаться в фиксированном положении.

Если к жидкости подводится дополнительная энергия, молекулы превращаются в суперменов и начинают двигаться очень быстро и даже способны преодолевать Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения, полностью отдаляясь одна от другой. Это соответствует переходу жидкости в газовую фазу. Молекулы в газе двигаются хаотично (по независимым молекулярным траекториям). Температура кипения вещества – это температура, которая необходима для полного преодоления сил Ван-дер-Ваальса в жидкости.

В таблице, которая расположена ниже, сопоставлены температуры плавления и кипения некоторых веществ, состоящих из простых молекул.

Как правило, большим по размеру молекулам соответствуют более высокие температуры плавления и кипения, потому что такие молекулы обладают бОльшей поверхностью, что приводит к большим силам Ван-дер-Ваальса.

Вот почему при одном и том же давлении H2 кипит при -252°С, а CH4 при -164°C, а C8H18 следует нагреть до +125,7°C, чтобы его молекулы отделились одна от другой и перешли в газовую фазу.

Ковалентная полярная химическая связь

Помимо Ван-дер-Ваальсовых сил есть и другие силы межмолекулярного взаимодействия, связанные с типом химической связи, а именно с полярностью молекул.

Если два атома связаны друг с другом ковалентной связью, но один из них притягивает к себе электронную пару сильнее, чем другой атом, то электронная пара смещается в сторону более «сильного» атома.

На «сильном» атоме возникает некоторый избыток отрицательного заряда, записываемый символом δ— (а не знаком минус, так как это означало бы полный электронный заряд), а на другом появляется небольшой положительный заряд δ+, и подобно разноименным зарядам они начинают притягиваться друг к другу, образуя ковалентную полярную химическую связь.

«Силу» атома определяет его электроотрицательность: чем больше электроотрицательность химического элемента, тем сильнее он притягивает к себе электроны.

Приведем примеры молекул, образованных ковалентной полярной связью: CO, H2O, HCl.

Из примеров видно что, ковалентная полярная химическая связь, как и неполярная, возникает только между атомами неметаллов и разница в электроотрицательности между ними должна быть более 0.4, но менее 2.0. Если разница в электроотрицательности атомов менее 0.

4, то связь между ними считается ковалентной неполярной. Думаю, что теперь у вас сложилось некоторое представление о различиях ковалентной полярной и ковалентной неполярной химической связи.

Постарайтесь запомнить самые электроотрицательные химические элементы в порядке возрастания их электроотрицательности: I, Br, N, Cl, O, F. За помощью вы всегда можете обратиться к таблице электроотрицательности, которая расположена ниже.

Образование водородной связи

Очевидно, что молекулы воды образованы ковалентной полярной химической связью, поскольку электроотрицательность кислорода больше, чем у водорода. Поэтому атом кислорода в молекуле воды несет в себе небольшой отрицательный заряд, а атомы водорода — небольшие положительные заряды.

Подобные молекулы называются полярными, поскольку они ведут себя как крошечные электрические диполи; другими словами, отрицательный заряд на атоме кислорода притягивает расположенные поблизости положительные заряды, а положительно заряженные атомы водорода притягивают другие отрицательные заряды.

Так возникает еще один тип сил притяжения между молекулами, помимо вандерваальсовых сил притяжения.

Вследствие наличия дополнительных сил взаимодействия между полярными молекулами метанола CH3OH (метилового спирта) он плавится и кипит при гораздо более высоких температурах, чем метан CH4, который имеет сходные с метанолом размеры молекул. При комнатной температуре метанол представляет собой жидкость, а метан — газ.

В воде силы притяжения между атомами водорода и кислорода, принадлежащими различным молекулам, столь велики, что получили название водородных связей. Водородные связи играют чрезвычайно важную роль в белках и других гигантских молекулах, из которых построены живые организмы.

Если бы не полярность молекул воды и наличие между ними водородных связей, вода плавилась бы и кипела при более низких температурах, чем даже сероводород (см. табл. в начале урока). При комнатной температуре она находилась бы в газообразном состоянии, а не в виде наиболее распространенной на Земле жидкости.

Надеюсь урок 4 «Взаимодействие молекул» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.