РУХ МОЛЕКУЛ

Розділ 2. БУДОВА РЕЧОВИНИ

§9.РУХ і ВЗАЄМОДІЯ МОЛЕКУЛ

1. РУХ МОЛЕКУЛ

БРОУНІВСЬКИЙ РУХ

На початку 19-го століття англійський ботанік Роберт Броун, спостерігаючи в мікроскоп змулені у воді крихітні частинки пилку рослин, зробив дивне відкриття. Він побачив, що частинки пилку перебувають у “вічному танці”, безперестанно хаотично рухаючись.

Учений припустив, що частинки пилку рухаються тому, що вони живі, і повторив дослід з потовченими на дрібний пил шматочками каменю. Але й частиночки каменю “танцювали без утоми”! Цей

рух, який назвали броунівським, залишався загадкою протягом 50 років. Тільки наприкінці 19-го століття вчені дійшли висновку, що броунівський рух спричинено бомбардуванням цих частинок молекулами води. Якщо частинка дуже мала, удари молекул води по ній з різних боків не компенсують один одного, що й спричинює безперестанний хаотичний рух частинки.

На рис. 9.1 наведено зроблену за допомогою мікроскопа фотографію, яка добре ілюструє хаотичність руху броунівських частинок. На цій фотографії відрізками

з’єднано послідовні положення частинки через 1 хв. Броунівський рух є дослідним підтвердженням молекулярної будови речовини й руху молекул.

Броунівський рух відіграє роль “містка” між макросвітом – світом тіл, які можна безпосередньо спостерігати, і мікросвітом – світом молекул і атомів.

 РУХ МОЛЕКУЛ

З ЯКИМИ ШВИДКОСТЯМИ РУХАЮТЬСЯ МОЛЕКУЛИ?

Швидкості молекул учені обчислили теоретично наприкінці 19-го століття.

Результат виявився разючим: згідно з розрахунками, у повітрі навколо нас молекули носяться зі швидкостями артилерійських снарядів – сотні метрів за секунду!

Такі швидкості молекул здалися деяким ученим надто великими, унаслідок чого існування молекул викликало в них сумніви.

Однак на початку 20-го століття швидкість молекул удалося вимірити на дослідах, і досліди підтвердили теоретичні висновки. Відповідно до розрахунків, підтверджених дослідами,

З підвищенням температури швидкість хаотичного руху молекул збільшується.

Чому ж ми не відчуваємо своєю шкірою “обстрілу” молекулами, що рухаються з такими величезними швидкостями? Річ у тім, що маси молекул надзвичайно малі, а їхні удари – дуже часті. І тому “барабанний дріб” швидких ударів крихітних молекул виявляє себе як постійний тиск повітря.

Як свідчать досліди, за кімнатної температури атоми та молекули в рідинах і твердих тілах рухаються також зі швидкостями артилерійських снарядів.

ДИФУЗІЯ

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Капнемо краплю парфумів в одному кінці кімнати. Через деякий час запах парфумів пошириться по всій кімнаті. Як ви здогадалися, це означає, що молекули ароматичних речовин, що входять до складу парфумів, “розлетілися” по всій кімнаті, тобто відбулося проникнення молекул однієї речовини в іншу. Дифузією називають взаємне проникнення частинок однієї речовини в іншу, спричинене рухом молекул.

Чому ж молекули ароматичних речовин не долетіли до нас практично миттєво, раз вони рухаються зі швидкостями артилерійських снарядів? Річ у тім, що, рухаючись, ці молекули багаторазово зіштовхуються з молекулами, з яких складається повітря. Тому траєкторії молекул нагадують траєкторії руху броунівських частинок. Поширенню запахів сприяють потоки повітря.

Дифузія є дослідним підтвердженням руху молекул.

Дифузія відбувається також у рідинах і навіть у твердих тілах.

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Капніть у чашку з водою краплю чорнил або йоду. Ви побачите, що завдяки дифузії крапля “гілкується” та поступово “тане”, надаючи слабкого забарвлення всій воді (рис. 9.2-9.4).

Дифузія в рідинах відбувається значно повільніше, ніж у газах, хоча в рідинах молекули рухаються приблизно з такими самими швидкостями, як і в газах. Річ у тім, що на відміну від газів, де молекули розташовані на досить великих відстанях одна від одної (у кілька разів більших за розміри самих молекул), у рідинах молекули розташовані практично впритул. І тому в процесі дифузії одним молекулам доводиться начебто “проштовхуватися” крізь щільний “натовп” інших молекул. Це й сповільнює процес дифузії. Схематично процес дифузії в рідинах зображено на рис. 9.5-9.7.

 РУХ МОЛЕКУЛ

Виявити дифузію у твердих тілах набагато складніше, ніж у рідинах і газах. Але все-таки можна. Наприклад, було поставлено такий дослід. Під прес поклали відполіровані пластини золота й свинцю, і через кілька років у свинці з’явились атоми з пластини золота, а в золоті – атоми з пластини свинцю: атоми з однієї пластини проникли в другу пластину внаслідок дифузії.

Чим же можна пояснити таку повільну дифузію у твердих тілах?

Річ у тім, що молекули або атоми твердих речовин розташовані звичайно не тільки впритул, але ще й вишикувані “стрункими рядами”. Щоб “протиснутися” навіть крізь один такий ряд, молекулі доводиться робити мільйони “спроб”! У результаті швидкість дифузії у твердих тілах є дуже малою.




РУХ МОЛЕКУЛ