Как найти средний диаметр молекулы - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Определение размеров молекул

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно,
,
где М — молярная масса вещества NA — число Авогадро.

Отсюда объем V0 одной молекулы определяется из равенства

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе.

Обратное же отношение

есть плотность вещества,

так что

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен
,
где r — радиус шарика.

Поэтому
,
откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль 1/3, поэтому формула для r принимает вид .

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – молекулы.

Необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набрать 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитать число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, найти среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитать объём исследуемой жидкости в капле: , где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.

В ванну налить воду толщиной 1 – 2 см. Насыпать тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуть с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капнуть одну каплю раствора. Линейкой измерить, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторить 2- 3 раза, а затем подсчитать диаметр молекул d.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S — площадь масленого пятна.

Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м3).

Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см3 и перевести в м3, для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд.

Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле:

Практическое получение наночастиц

В современном мире в связи с общей тенденцией к миниатюризации большими темпами стала развиваться такая наука, как нанотехнология. Методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды и др.

Ход работы:

1) Определение объёма капли

=14,13 мм3;

2) Определение объёма капли путём взвешивания.

1. На весы накапали 10 капель растительного масла, измерили массу

mk=0,2 г

Масса 1 капли m1=0,2 г/10=0,02 г
Определение объёма капли V=m1/q=0,01г/0,8 г/см3=13 мм3

3) Определяем площадь пятна Sмасла=ПR2=11304 мм2

(Приложение 1,2,3,4,5)

4) Площадь пятна нефти Sнефти=20*16=32000 мм2

(Приложение 6,7,8,9)

5) Определяем толщину плёнки h=V/S

Для масла h=13/11304=1,2*10-7=120 нм

Для нефтиh=13/32000=4*10-8 м=40 нм

Вывод: В лабораторных условиях можно получать нанопленки

Заключение

Мы измерили толщину наноплёнок масла и нефти, изучили физические свойства плёнок и методы их получения, также ознакомились с физическими методами исследования микро- и наномасшатабных объектов.

К сожалению, из таких жидкостей как кислоты(уксусная, ортофосфорная, борная), моющие средства и мыло у нас не получилось сделать наноплёнки, потому что все эти жидкости гидрофобные(боятся воды).Мы пытались получить пленки с помощью скотча, но электронные весы позволяют измерять массу с точностью до десятых долей грамма

Список использованной литературы

Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. М.: Просвещение, 1985.
Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
Буров В.А. Практикум по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1973.

Приложения

Источник

Цитировать:

Лякишев В.К. РАСЧЁТ ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛЫ ВОДОРОДА В РАМКАХ КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2023. 2(104). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14860 (дата обращения: 28.05.2023).

АННОТАЦИЯ

Данная работа относится к области физической химии. При помощи формул электрической ёмкости и электрической энергии сферического конденсатора из классической электродинамики в работе рассчитан диаметр молекулы водорода, форма которой близка к сферической. Также в ходе вычислений были использованы энергия Хартри (абсолютное значение электрической потенциальной энергии атома водорода) и энергия диссоциации молекулы водорода. Полученный в работе диаметр молекулы водорода (1,8 Å) близок к так называемому кинетическому диаметру, определённому через длину свободного пробега молекулы (2,3 Å).

ABSTRACT

This work is related to the field of physical chemistry. Using formulas of electric capacity and electric energy of spherical capacitor from classical electrodynamics, the diameter of hydrogen molecule whose shape is almost spherical has been calculated. The Hartree energy (the absolute value of the hydrogen atom electric potential energy) and the hydrogen molecule dissociation energy have been taken into account in the calculations as well. The hydrogen molecule diameter obtained in the work (1,8 Å) is a close to the so-called kinetic diameter, defined through mean free path of the molecule (2,3 Å).

Ключевые слова: молекула водорода, эффективный диаметр, энергия Хартри, энергия диссоциации молекулы, ёмкость сферического конденсатора, энергия конденсатора, теорема вириала, длина свободного пробега молекулы.

Keywords: molecular hydrogen, effective molecular diameter, Hartree energy, bond-dissociation energy, capacity of a spherical capacitor, capacitor energy, virial theorem, mean free path.

Введение

Молекула водорода является простейшей двухатомной молекулой с ковалентной неполярной химической связью [2]. Достаточно точно вычислены среднее межъядерное расстояние в молекуле водорода [9], а также энергия диссоциации молекулы [6] (то есть энергия, необходимая для диссоциации одной молекулы, не находящейся во взаимодействии с другими молекулами). Однако размеры молекулы водорода известны недостаточно точно. Эффективный диаметр молекулы водорода принято оценивать по длине свободного пробега молекулы [1] (расстоянию, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями).

Средняя длина свободного пробега молекулы водорода определяется по формуле:

, (1)

где n – концентрация молекул водорода, которую можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:

(2)

(p – давление водорода, равное 10⁵ Па; T – температура водорода по абсолютной шкале, равная 273 К; k = 1,38 · 10^-23 Дж/К — постоянная Больцмана).

Подставив концентрацию молекул водорода в формулу средней длины свободного пробега молекулы водорода, можно найти диаметр молекулы:

(3)

При длине свободного пробега = 0,16 мкм диаметр молекулы водорода равен d = 23·10^-11 м = 2,3 Å.

Целью данной работы является расчёт эффективного диаметра молекулы водорода принципиально новым способом.

Метод состоит в использовании положений квантовой физики (энергия Хартри), теоретической физики (теорема вириала), экспериментальной химии (энергия диссоциации молекулы водорода), классической физики (электрическая энергия и ёмкость конденсатора), Евклидовой геометрии (обоснованное приближение формы молекулы водорода сферой).

Расчет эффективного диаметра молекулы водорода

(Энергия Хартри) – потенциальная энергия атома водорода в основном состоянии, равная 27,211 эВ [12; 11] (речь идет о модуле этой энергии). Применим теорему вириала [8], имеющую широкое применение в квантовой химии [4]. Согласно теореме о вириале для случая электрического поля (для которого потенциальная энергия взаимодействия заряженных частиц обратно пропорциональна первой степени расстояния между ними) средняя кинетическая энергия системы равна половине модуля средней отрицательной потенциальной энергии. Тогда полная энергия системы равна половине потенциальной энергии. По теореме о вириале модуль полной энергии атома водорода будет равен

(4)

Тогда модуль полной энергии молекулы водорода будет складываться из двух полных энергий атома водорода (их абсолютных значений) и энергии диссоциации молекулы водорода:

, (5)

где = 4,477 эВ – энергия диссоциации молекулы водорода.

По теореме о вириале потенциальная энергия молекулы водорода равна удвоенной полной энергии молекулы водорода:

(6)

Отношение потенциальных энергий молекулы водорода и атома водорода будет равно:

(7)

С другой стороны, атом водорода и молекулу водорода можно представить в виде сферических конденсаторов. Равновесное межатомное расстояние в молекуле водорода, равное 0,74 Å, превышает боровский радиус, равный 0,53 Å. Это означает глубокое перекрытие электронных облаков атома. Поэтому форма граничной поверхности общего электронного облака молекулы близка к сферической. Используя формулы энергии заряженного сферического конденсатора [3] и электрической ёмкости сферического конденсатора [7], запишем потенциальные энергии для атома и молекулы водорода в виде:

потенциальная энергия атома водорода, (8)

где e – заряд электрона, – электрическая ёмкость атома водорода, равная

(9)

– электрическая постоянная, – боровский радиус [10]).

Подставив электрическую ёмкость атома водорода в формулу потенциальной энергии атома водорода, получим:

(10)

Потенциальная энергия молекулы водорода будет равна:

(11)

где e – заряд электрона, – электрическая ёмкость молекулы водорода, равная

(12)

(d – эффективный диаметр молекулы водорода).

Подставив электрическую ёмкость молекулы водорода в формулу потенциальной энергии молекулы водорода, получим:

(13)

Найдём отношение потенциальных энергий молекулы водорода и атома водорода:

(14)

Тогда эффективный диаметр молекулы водорода равен:

(15)

Полученное значение диаметра молекулы водорода близко к значению, вычисленному по формуле (3), а полученное значение полной энергии молекулы очень близко к значениям, полученными другими методами [5].

Заключение

Молекула водорода является квантово-механической системой, однако нелинейные эффекты квантовой электродинамики существенны на маленьких расстояниях, сравнимых с комптоновской длиной волны электрона. Поэтому в работе был проведён расчёт диаметра молекулы водорода с использованием методов классической электродинамики. Это позволило получить результат, близкий к общепринятому, что подтверждает корректность применённых методов.

Список литературы:

Алешкевич В.А. Курс общей физики. Молекулярная физика. – М. : Физматлит, 2016. – С. 281–283.
Барковский Е.В., Ткачев С.В., Петрушенко Л.Г. Общая химия. – Минск : Вышэйшая школа, 2013. – С. 58.
Бобрович О.Г., Тульев В.В. Физика в 5 ч. Ч. 2. Электростатика. Постоянный электрический ток. – Минск : БГТУ, 2011. – С. 57.
Ермаков А.И. Квантовая механика и квантовая химия. Ч. 2. Квантовая химия : учебник и практикум для вузов. – М. : Юрайт, 2022. – С. 14.
Институт теоретической химии / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://itchem.ru/energiya_molekuly_vodoroda.
Никольский Б.П., Рабинович В.А. Справочник химика. Т. 1. Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника. – М. –Л. : Химия, 1966. – С. 338.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика : учеб. пособие. – М. : Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1982. – С. 93.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. – М. : Физматлит, 2005. – C. 148.
Стась Н.Ф. Справочник по общей и неорганической химии : учеб. пособие. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – С. 26.
URL: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?bohrrada0.
URL: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?hrev.
WolframAlpha / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wolframalpha.com/input/?i=Hartree.

Источник

Понятие эффективного диаметра молекулы. Среднее число столкновений одной молекулы в единицу времени. Средняя длина свободного пробега молекулы и ее зависимость от давления и температуры.

Эффективный
диаметр молекулы — минимальное
расстояние, на которое сближаются центры
двух молекул при столкновении. При
столкновении молекулы сближаются до
некоторого наименьшего расстояния,
которое условно считается суммой
радиусов взаимодействующих молекул.
Столкновение между одинаковыми молекулами
может произойти только в том случае,
если их центры сблизятся на расстояние,
меньшее или равное диаметру

—
эффективному диаметру молекулы. Через
эффективный диаметр молекулы можно
выразить эффективное
сечение молекулы — как круг
радиусом d. Столкновение между молекулами
возможно только в том случае, когда
центр молекулы окажется внутри круга,
представляющего собой эффективное
сечение молекулы. С точки зрения теории
межмолекулярных взаимодействий
эффективный радиус, представляющий из
себя половину эффективного диаметра —
расстояние от условного центра молекулы,
отвечающее минимуму потенциальной
энергии в поле
этой молекулы.

Для
молекул, имеющих точечную симметрию,
условный центр может быть определен
как центр
масс молекулы, для сложных
молекул он определяется феноменологически.

В
общем случае эффективный радиус —
усредненная величина, т.к. в случае,
когда молекула не является концентрически
симметричной (одноатомная молекула),
радиус является функцией от угла в
системе, связанной с молекулой.

Молекулы
газа, находясь в состоянии хаотического
движения, непрерывно сталкиваются
друг с другом. Между двумя последовательными
столкновениями молекулы проходят
некоторый путь l,
который называется длиной свободного
пробега. В общем случае длина пути между
последовательными столкновениями
различна, но так как мы имеем дело с
огромным числом молекул и они находятся
в беспорядочном движении, то можно
говорить о средней длине свободного
пробега молекул <l>.

Минимальное
расстояние, на которое сближаются при
столкновении центры двух молекул,
называется эффективным диаметром
молекулы d (рис. 68). Он
зависит от скорости сталкивающихся
молекул, т. е. от температуры газа
(несколько уменьшается с ростом
температуры).

Так
как за 1 с молекула проходит в среднем
путь, равный средней арифметической
скорости <v>, и если
<z> — среднее число
столкновений, испытываемых одной
молекулой газа за 1 с, то средняя длина
свободного пробега

Для
определения <z> представим
себе молекулу в виде шарика диаметром
d, которая движется среди других
«застывших» молекул. Эта молекула
столкнется только с теми молекулами,
центры которых находятся на расстояниях,
равных или меньших d, т. е. лежат
внутри «ломаного» цилиндра радиусом d
(рис. 69). Среднее число столкновений за
1 с равно числу молекул в объеме «ломаного»
цилиндра:

где п — концентрация молекул, V
= pd² <v>
— средняя скорость молекулы или путь,
пройденным ею за 1 с). Таким образом,
среднее число столкновений

Расчеты показывают, что при учете
движения других молекул

Тогда средняя длина свободного пробега

т.
е. <l> обратно
пропорциональна концентрации n
молекул. С другой стороны, из (42.6) следует,
что при постоянной температуре n
пропорциональна давлению р. Следовательно,

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Снежногорская средняя общеобразовательная школа»

III муниципальная научно-практическая конференция

«На перекрёстке наук»

Определение размеров молекул

различных веществ

Автор:

Александрикова Татьяна Алексеевна,

10 класс

Руководитель:

Двойнова Марина Валерьевна,

учитель физики

п. Снежногорский

2012

Оглавление

Введение ………………………………………………………………………………………3
Глава I. Что такое молекула?……………………………………………………………………4

Глава II. Методы определения размеров молекул ….……………………………………5

Глава III. Определение диаметра молекул ……………………7

Заключение ………………………………………………………………………………….8
Список использованной литературы ………………………………………………………..9

Введение

Все тела, которые нас окружают, состоят из мельчайших частиц – молекул. Очень интересно узнать, каковы размеры молекул? Как их можно определить? Из-за очень малых размеров молекулы нельзя увидеть невооруженным глазом или с помощью обыкновенного микроскопа. Их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Ученые доказали, что молекулы разных веществ отличаются друг от друга, а молекулы одного и того же вещества одинаковы. На практике измерить диаметр молекулы можно, но к сожалению, в школьной программе не предусмотрено изучение проблем такого рода.

Цель исследования: определить диаметр молекулы растительного масла.

Объект исследования: молекула растительного масла

Предмет исследования: диаметр молекулы.

Гипотеза: известно, из разных источников, что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10-7 до 10-10м.

Задачи исследования:

Изучение методов определения размеров молекул.
Проведение эксперимента по определению размеров молекул.
Анализ полученных результатов.
Сравнение диаметра молекул полученных экспериментальным методом с статистическими данными.

Актуальность: работа относится к прикладным исследованиям и поможет лучше разобраться в вопросе определение размеров молекул.

Глава I. Что такое молекула?

Молекула в современном понимании – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна к самостоятельному существованию.

Различными способами было определено, что в 1 см3 любого газа при нормальных условиях содержится около 2,7×1019 молекул.

Чтобы понять, насколько велико это число, можно представить, что молекула – это «кирпич». Тогда если взять количество кирпичей, равное числу молекул в 1 см3 газа при нормальных условиях, и плотно уложить ими поверхность суши всего земного шара, то они покрыли бы поверхность слоем высотой 120 м, что почти в 4 раза превосходит высоту 10-этажного дома. Огромное число молекул в единице объёма указывает на очень малые размеры самих молекул. Например, масса молекулы воды m=29,9×10-27 кг. Соответственно малы и размеры молекул. Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им позволяет сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным, так как на молекулярных расстояниях представления классической физики не всегда оправданы. Средний размер молекул порядка 10-10м.

Если бы размер молекулы увеличить до размера точки в конце предложения в книге, то толщина человеческого волоса стала бы равна 40 м, а человек, стоя на поверхности Земли, упирался бы головою в Луну! Если из детского резинового шарика, надутого и наполненного водородом (массой 3г), каждую секунду выпускать по 1 миллиону молекул, то понадобится 30 миллиардов лет!

Молекула – это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара – сладкая, а соли – соленая. Молекулы состоят из атомов. Размеры молекул ничтожно малы.

Как добыть молекулу из вещества? – механическим дроблением вещества. Каждому веществу соответствует определенный вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) или из нескольких одинаковых или различных атомов, или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.

Молекулы одного и того же вещества во всех агрегатных состояниях одинаковы.

Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, то есть расширение и сжатие вещества при изменении температуры, и явление диффузии. Молекулы вещества находятся в непрерывном тепловом движении.

Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то все, что останется, сможет пролезть через игольное ушко.

Глава II. Методы определения размеров молекул

В молекулярной физике главные «действующие лица» — это молекулы, невообразимо маленькие частицы, из которых состоят все на свете вещества. Ясно, что для изучения многих явлений важно знать, каковы они, молекулы. В частности, каковы их размеры.

Когда говорят о молекулах, их обычно считают маленькими упругими твердыми шариками. Следовательно, знать размер молекул, значит знать их радиус или диаметр.

Несмотря на малость молекулярных размеров, физики сумели разработать множество способов их определения. В одном используется свойство некоторых (очень немногих) жидкостей растекаться в виде пленки толщиной в одну молекулу. В другом, размер частицы определяется с помощью сложного прибора – ионного проектора.

Строение молекул изучают различными экспериментальными методами. Электронография, нейтронография и рентгеновский структурный анализ позволяют получать непосредственную информацию о структуре молекул. Электронографии, метод, исследующий рассеяние электронов на пучке молекул в газовой фазе, позволяет рассчитать параметры геометрической конфигурации для изолированных сравнительно простых молекул. Нейтронография и рентгеновский структурный анализ ограничены анализом структуры молекул либо отдельных упорядоченных фрагментов в конденсированной фазе. Рентгенографические исследования кроме указанных сведений дают возможность получить количественные данные о пространственном распределении электронной плотности в молекулах.

Спектроскопические методы основаны на индивидуальности спектров химических соединений, которая обусловлена характерным для каждой молекулы набором состояний и отвечающих им энергетических уровней. Эти методы позволяют проводить качественный и количественный спектральный анализ веществ.

Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение их поведения во внешних электрических и магнитных полях.

Существуют, однако, очень простые способы определения размеров молекул:

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно, , где М — молярная масса вещества NA — число Авогадро. Отсюда объем V0 одной молекулы определяется из равенства

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе. Обратное же отношение есть плотность вещества, так что .

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен , где r — радиус шарика. Поэтому , откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль1/3, поэтому формула для r принимает вид .

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – диаметр молекулы.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S — площадь масленого пятна. Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м3). Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см3 и перевести в м3, для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд. Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле: .

Глава III. Определение диаметра молекулы

После изучения способов определения размера молекулы был выбран наиболее подходящий – третий способ.

ную массу растительного масла, а для этого необходимо знать химическую формулу растительного масла. Второй способ также невыполним, так как в данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. Такой жидкостью может быть олеиновая кислота, которую сложно приготовить в школьной лаборатории.

Для проведения эксперимента был определён перечень лабораторного оборудования: шприц, лабораторная чашка, масляные вещества(вазелиновое масло, дизельное топливо, машинное масло), перманганат калия, линейка измерительная.

Цель работы: определить диаметр молекулы.

Ход эксперимента:

Набираем исследуемую жидкость в мерный шприц.
Определяем объём вещества по шкале нанесенной на шприц.
Измеряем массу исследуемого вещества на электронных весах. Прежде чем, набрали вещество в шприц мы определили массу пустого шприца.
Наливаем жидкость из шприца в воду, а затем наблюдаем, как расплывается пятно. Для того чтобы капля растекалась быстрее мы взяли воду нагретую примерно до 40 градусов, чтобы расплывшееся пятно было лучше видно мы добавили перманганат калия.
Измеряем диаметр образовавшегося пятна мерной линейкой.
Вычисляем площадь пятна. Образовавшееся пятно имеет форму круга, поэтому для определения его площади можно использовать формулу площади круга

Вычисляем диаметр молекулы по формуле:

Все измерения и вычисления мы занесли в таблицу, по которой видно, что диаметры молекул исследуемых веществ подтверждают нашу гипотезу о том что диаметр молекул может принимать значения от 10-7 до 10-10м.

Определение объёма капли растительного масла.

В мерный цилиндр (мензурку) накапали 190 капель, общий объём которых составил 10 мл. Использую формулу для определения объём исследуемой жидкости в капле из метода Ленгмюра и Дево (2 способ), получаем .

Определение площади масляного пятна.

Для того, чтобы получить масляное пятно провели несколько экспериментов.

В ванну размером 40×30 см необходимо налить воду и капнуть 1 каплю растительного масла, а затем наблюдать, как расплывается пятно, когда оно перестанет расплываться – измерить его диаметр.

Для определения площади пятна использовали формулу: .

Получаем: .

Определение диаметра молекулы растительного масла.

Используем формулу: , получаем .

Вывод: при расчёте диаметра молекулы растительного масла я получила значение , которое соответствует табличным данным.

Заключение

В результате работы я изучила литературу о молекулах, о методах определения диаметра

молекул. Используя полученные знания, я провела исследования по определению приблизительного диаметра молекулы растительного масла и получила следующий результат: .

Данный результат подтвердил моё предположение (гипотезу), что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10-7 до 10-10м.

Цель моей работы достигнута, но изучение темы «Молекулы» ещё не закончено. На этом небольшом исследовании останавливаться не буду, так как есть много вопросов, на которые хочется найти ответы не только в книжках, но и убедиться самому, выполняя эксперимент. Например, ответить на вопросы: двигаются ли молекулы? Каковы размеры молекулы воды и как определить?

Список использованной литературы

Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. М.: Просвещение, 1985.
Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
Буров В.А. Практикум по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1973.
http://medencped.ru/molekula/
http://www.hemi.nsu.ru/text113.htm
http://potomy.ru/world/2288.html
http://www.alsak.ru/content/view/326/122/1/1
http://marklv.narod.ru/mkt/str2.htm
http://class-fizika.narod.ru/7_stroenie.htm

Источник

Средний диаметр — молекула

Cтраница 1

Средний диаметр молекул по дан — ( тв.
[1]

Если диаметр пор меньше среднего диаметра молекул сырья, то активная поверхность катализатора, образованная этими порами, будет использована не полностью для крекирования сырья. В то же время продукты разложения будут проникать в эти поры, дополнительно контактировать с активными центрами поверхности, разлагаться, образуя газ и кокс, уменьшая выход целевой продукции. Современные катализаторы крекинга содержат в своем составе от 3 до 20 % цеолита, равномерно распределенного в матрице, в качестве которой используются природные или синтетические алюмосиликаты. Преобладающей формой цеолитсодер-жащего катализатора являются микросферические шарики со средним диаметром частиц около 60 мкм — для установок с псевдоожиженным слоем и 3 — 4 мм — для установок с движущимся слоем катализатора.
[2]

Мольный объем связан со средним диаметром молекул, который для первых девяти жидкостей табл. 111 3 не превышает 40 А. Размер пор адсорбированного монослоя подложки равен 29 А. Гистерезис отсутствует или незначителен в том случае, когда диаметр молекул больше диаметра пор подложки.
[4]

Для этого вводится представление о среднем диаметре молекулы, которая рассматривается как шарообразная. Средний диаметр можно отождествить с расстоянием между центрами двух одинаковых молекул, когда при их сближении происходит передача энергии от одной молекулы к другой.
[5]

В г, кроме универсальных постоянных, входит средний диаметр молекул DAB; для обычных молекул диаметры не так уж сильно различаются и имеют порядок 10 — 8 см. Другие переменные величины — температура и молекулярные веса — входят в г0 под знаком корня.
[6]

В этом выражении / ЛА и / ПБ — массы молекул А и В; k — постоянная Больц-мана ( газовая постоянная R, деленная на число Авогадро N) a ( аА — — ав) / 2 — средний диаметр молекул А и В.
[7]

Длина / свободного пробега — путь, который молекула проходит от столкновения до столкновения. Статистически среднее значение / обратно пропорционально количеству молекул в единице объема и среднему диаметру молекул.
[8]

В общем случае коэффициенты диффузии D с достаточной степенью точности могут быть рассчитаны по данным, приведенным в табл. IX-11. Эти данные получены в результате построения зависимости коэффициентов диффузии от молекулярной массы. В таблице приведен также средний диаметр молекул растворенных веществ.
[10]

Зная величину k0Jkllz и график зависимости [ Н2 ] & о2 / А — ц2 [02] от [ М ], мы можем получить отношение / i ] r / AJIo, которое представляет собой эффективность добавляемого газа М по отношению к водороду. Вычисленные отношения получены сравнением произведений квадратов средних диаметров молекул и приведенных масс для Н02 и данного газа.
[12]

Поэтому решающее значение имеют структура и поверхность катализатора. Алюмосиликатные катализаторы вследствие своей пористости обладают высокоразвитой поверхностью — в среднем 150 — 400 м2 / г, однако установлено, что активная поверхность их может быть при этом значительно меньше. Величина активной поверхности связана с размерами пор катализатора: если диаметр некоторой части пор меньше среднего диаметра молекул сырья, то естественно, что поверхность этих пор не будет использована. Однако в мелкие поры будут поступать продукты разложения, которые подвергнутся дальнейшим превращениям и вызовут излишнее коксо — и газообразование. Поэтому при крекинге тяжелых видов сырья рекомендуются широко пористые катализаторы. Для некоторых катализаторов в табл. 24 указан средний диаметр пор.
[13]

По экспериментальным данным, измеренным при температуре плавления ( 4) и при 25 С, были найдены значения F. Расчеты по Полингу [11] приводят к величине среднего диаметра молекулы воды, равной 3 2 А.
[15]

Страницы:

Источник