Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами говорили о том, что все вещества состоят из атомов, точнее из молекул, а молекулы, в свою очередь, состоят из атомов. Перед тем как переходить к новой теме давайте повторим, понятия предыдущих лекций.
- Физическое тело - это любой в окружающем нас мире предмет.
- Вещество - это все то из чего состоят физические тела. Второе определение - это один из видов материи.
- Молекула - это мельчайшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства. Молекулы состоят из атомов. Что означает атом в переводе с древнегреческого?
- Атом в переводе с древнегреческого означает неделимый. Это еще более мелкая частица, чем молекула. Атомы - это частицы молекулы.
А теперь давайте ответим на несколько практических вопросов. Сколько атомов содержит молекула воды и атомами каких веществ она образован? По формуле воды можно сказать, что молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода.
И продолжите фразу: молекулы одного и того же вещества....правильно....одинаковы. Т.е молекула воды, полученная из морей и океанов ничем не отличается от молекулы воды, которая течет у нас из крана.
Сегодня мы продолжим с вами изучать строение вещества и начнем говорить о свойствах молекул из которых эти вещества состоят.
А теперь давайте представим вот что...
И так и в газах и в жидкостях и в твердых телах мы наблюдаем самопроизвольное без нашего какого-то специального вмешательства перемешивание. Или можно сказать, что мы наблюдаем взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества. Это говорит нам о том, что во-первых у молекул есть промежутки между ними, а во-вторых, поскольку все это происходит самопроизвольно - это говорит о том, что молекулы постоянно двигаются и это явление было открыто очень давно. Опять таки возвращаемся к поэме Лукреция "О природе вещей".
"...если же думаешь ты, что стать неподвижно способны первоначала вещей и затем возродить в них движение бродишь от истины ты далеко в заблуждении глубоком..."
Таким образом, еще Лукреций понимал, что частички из которых состоят все вещества, мы называем их, молекулами и атомами, находятся в непрерывном движении и для этого ничего специально делать не надо. Итак, это явление является доказательством того, что молекулы находятся в непрерывном движении и называется это явление диффузией. Что же такое диффузия, давайте ниже запишем определение.
Диффузия - это взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.
И вот что интересно...если мы с вами начинаем проводит эти же опыты при более высокой температуре, то диффузия происходит быстрее. Оказывается если нагреть твердые тела до температуры несколько сотен градусов, то процесс взаимного проникновения будет занимать уже не пять лет, как это показано в опыте с твердыми телами, а всего лишь несколько часов или несколько суток. Итак диффузия ускоряется с ростом температуры. Как это можно объяснить? Скорость движения молекул зависит от температуры. Увеличение скорости диффузии является доказательством того, что чем выше температура, тем больше скорость движения молекул. Давайте сформулируем более строго.
Чем выше температура, тем с большей скоростью движутся молекулы.
Как видно из опыта, продемонстрированного в видеоролике, быстрее всего происходит диффузия в газах - это происходит буквально в течении нескольких минут. Медленнее в жидкостях. И еще медленнее в твердых телах. Как вы думаете почему это происходит? Из за разной скорости движения молекул? Хорошее предположение, однако позже мы научимся вычислять скорость движения молекул и оказывается, что она зависит от температуры, но в газах, жидкостях и твердых телах, она примерно одного порядка. При комнатной температуре скорость движения молекул порядка сотен метров в секунду. Почему же тогда в газах происходит более быстрая диффузия, а в твердых телах более медленная? Предположение о том, что скорость диффузии зависит от расстояния между молекулами не совсем правильно и вот почему. Давайте вспомним, когда тает лед, то полученная в результате таяния льда вода занимает не больший, а даже меньший объем, чем исходный лед. Таким образом, можно предположить, расстояния между молекулами в жидкостях и твердых телах не сильно отличаются, а вот в газах расстояния между молекулами действительно много больше, чем в жидких и твердых веществах. Что бы понять окончательно почему диффузия происходит быстрее всего в газообразных телах, а медленнее всего в твердых давайте посмотрим как движутся молекулы твердого тела, жидкости и газа в видеоролике ниже.
Итак все дело в том, что молекулы твердого тела "закреплены", подробнее о том, что это значит мы будем говорить немного позже, молекулы жидкости способны перемещаться друг относительно друга. Они колеблются, но потом они меняют свои взаимные расположения и туда может включится, например, молекула чернил и начать "путешествовать" по объему жидкости. А в газах расстояния между молекулами гораздо больше, чем размеры самих молекул поэтому диффузия происходит в них очень быстро.
Давайте рассмотрим еще один вопрос на засыпку. Мы уже сказали о том, что скорость движения молекул сотни метров в секунду - это мы с вами посчитаем ближе к концу этого курса. Почему же тогда запах распространяется от открытой бутылочки с духами в другой конец комнаты, допустим на расстоянии 5 метров не за доли секунды, а требуется некоторое время? Это происходит в следствии того, что молекулы "пахучего" вещества сталкиваясь с молекулами, входящими в состав воздуха отскакивают от них в обратном направлении, потом постепенно "натыкаясь" на другие молекулы воздуха в результате все-таки достигают результата, но происходит это гораздо медленнее, чем скорость теплового движения молекул. Еще одно очень интересное доказательство хаотичного движения молекул и вообще существования молекул было открыто совсем не физиком. В 1827 году английский ботаник (не физик!) Роберт Броун взял цветочную пыльцу, смешал ее с водой и поместил под микроскоп. Кстати, сам Броун выглядел вот так как это приведено на картинке ниже
Что же под микроскопом увидел Броун? Давайте посмотрим в видеоролике ниже.
Давайте проанализируем увиденное в видео и попытаемся ответит на вопрос, почему же такие мелкие частички (Броуновские частички) хаотически движутся? Молекулы сталкиваясь с Броуновскими частичками заставляют их двигаться, но ведь молекулы же есть со всех сторон. Почему же частичка движется? Потому то движение молекул случайно. Давайте рассмотрим причины и схему Броуновского движения частиц в видео.
Казалось бы поскольку молекулы движутся абсолютно хаотично, совершенно случайно, описать его математически не возможно, однако совсем не так. Есть такой раздел математики, который называется "Теория вероятностей", а раздел физики, который пользуется этой теорией называется "Статистическая физика". Так вот оказывается, что методами статистической физики даже случайное Броуновское движение частичек и это сделал впервые Альберт Эйнштейн. Вы знаете, что Альберт Эйнштейн является автором теории относительности, но у него есть и другие теории. Он объяснил Броуновское движение, объяснив движение Броуновских частиц, а кроме этого он создал теорию "Фотоэффекта", за которую он, кстати, получил Нобелевскую премию...не за теорию относительности, а за открытие фотоэффекта. За создание теории относительности Нобелевский комитет опасался давать Эйнштейну премию, так как посчитал ее на том момент очень необычной. С теорией относительно мы познакомимся в конце цикла наших лекции по физике. А пока стоит запомнить, что именно Эйнштейн объяснил (не открыл, а объяснил) Броуновское движение. Схема которая описывается в видеоролике выше может быть представлена моделью, которую мы так же посмотрим в видеоролике ниже.
Кстати, сам Броун, напомним еще раз, что он был ботаником, он изучал движение частичек пыльцы. Он думал, что частички пыльцы "живые", потому что у них есть какие-то лапки, может быть их не видно под микроскопом, но он думал, то что частички живые. Но оказывается, что биология здесь совершенно не причем. Все дело в движении молекул. Был проведен такой опыт...вы знаете, что внутри янтаря попадают мушки и мушки там остаются, но в некоторых случая внутри янтаря обнаруживают маленькую капельку воды, а в этой воде находятся какие-то пылинки. Так вот оказывается, если рассматривать эти пылинки под микроскопом, то они тоже испытывают Броуновское движение. Т.е "жизнь" тут абсолютно ни при чем. За миллионы лет внутри капельки янтаря жизнь не могла сохранится. И то о чем мы сейчас говорим было открыто без проведения опытов только на основании наблюдений еще в древности. Давайте опять процитируем Лукреция:
"...вот посмотри всякий раз, когда солнечный свет проникает в наше жилище и мрак прорезает своими лучами множество маленьких тел в пустоте ты увидишь мелькая мечутся в зад и вперед в лучистом сиянии света. Знай же идет от начал всеобщее это блуждание. Первоначала вещей сначала движутся сами, следом за ним тела из мельчайшего их сочетания, близкие как бы сказать по силам, к началам первичным, скрытые от них получая толчки начинают стремится сами к движению затем побуждая тела покрупнее так исходя из начал движения мало-помалу наших касается чувств и становится видным также нам и в пылинках оно, что движутся в солнечном свете, хоть не заметны толчки от которых оно происходит. Так о великих вещах помогают составить понятия малые вещи пути намечая для их достижения..."
Т.е если вы хотите объяснить макромир, в котором вы живете очень полезным является то, что для этого необходимо разобраться с тем, что происходит в микромире (мире молекул и атомов). И мы уже с вами знаем следующие положения:
- все вещества состоят из молекул
- молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения
На следующей лекции мы познакомимся с третьим положением и эти три положения образуют основы так называемой молекулярно-кинетической теории. Что означает слово "кинетическая"? Это означает связанное с движением. Значит уже в самом названии теории зашифровано, то что вещества состоят из молекул и второе - молекулы движутся. Ну а теперь давайте вернемся к тому опыту с жидкостью, который мы проводили в начале урока. Смотрим видеоролик ниже.
И последнее, что хочется сказать в этой лекции. В этой лекции мы познакомились с явлением диффузии, но мы смотрели на нее только с точки зрения физики. Оказывается диффузия имеет огромное значение в нашей жизни, в жизни живых организмов и в технике. Но лучше, как говорится один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому давайте посмотрим ниже еще один видеофрагмент, посвященный явлению диффузии.
Давайте подведем итог этой лекции. Мы с вами узнали что молекулы находятся в постоянном движении, что скорость этого движения зависит от температуры, узнали, что такое Броуновское движение. Благодаря движению молекул возможно такое физическое явление, как диффузия, узнали, что значит это явление и какую роль оно играет в нашей жизни.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.