Молекулите са изградени от атоми. Атомите са свързани в молекули чрез сили, наречени химически сили.

Има молекули, състоящи се от два, три, четири атома. Най-големите молекули - протеиновите молекули - се състоят от десетки и дори стотици хиляди атоми.

Царството на молекулите е изключително разнообразно. Вече химиците са изолирали от естествени вещества и са създали в лаборатории милиони вещества, изградени от различни молекули.

Свойствата на молекулите се определят не само от това колко атома от един или друг вид участват в тяхното изграждане, но и от реда, в който и в каква конфигурация са свързани. Молекулата не е купчина тухли, а сложна архитектурна структура, където всяка тухла има своето място и своите добре дефинирани съседи. Атомната структура, която образува молекулата, може да бъде повече или по-малко твърда. Във всеки случай всеки от атомите вибрира около своето равновесно положение. В някои случаи някои части на молекулата могат да се въртят спрямо други части, давайки свободна молекула в процеса на нейното термично движениеразлични и най-странни конфигурации.

Нека разгледаме по-подробно взаимодействието на атомите. На фиг. 2.1 показва кривата на потенциалната енергия на двуатомна молекула. Той има характерна форма - първо се спуска надолу, след това се огъва, образувайки "дупка", а след това по-бавно се приближава към хоризонталната ос, по която се нанася разстоянието между атомите.

Ориз. 2.1

Знаем, че стабилното състояние е, в което потенциалната енергия има най-малка стойност. Когато атомът е част от молекула, той "седи" в потенциална ямка, извършвайки малки термични вибрации около равновесното положение.

Разстоянието от вертикалната ос до дъното на ямата може да се нарече равновесие. На това разстояние атомите биха били разположени, ако топлинното движение спре.

Кривата на потенциалната енергия разказва за всички детайли на взаимодействието между атомите. Частиците се привличат или отблъскват на определено разстояние, силата на взаимодействие се увеличава или намалява, когато частиците се отдалечават или приближават - цялата тази информация може да бъде получена от анализа на кривата на потенциалната енергия. Точките вляво от "дъното" съответстват на отблъскване. Напротив, частите от кривата вдясно от дъното на кладенеца характеризират привличането. Стръмността на кривата също предоставя важна информация: колкото по-стръмна е кривата, толкова по-голяма е силата.

Тъй като са на големи разстояния, атомите се привличат един към друг; тази сила намалява много бързо с увеличаване на разстоянието между тях. При приближаване силата на привличане се увеличава и достига най-голямата си стойност, дори когато атомите се приближават много близо един до друг. При още по-голямо приближаване привличането отслабва и накрая, на равновесното разстояние, силата на взаимодействие изчезва. Когато атомите се приближат на разстояние, по-малко от равновесното, възникват сили на отблъскване, които нарастват много рязко и бързо правят практически невъзможно допълнителното намаляване на разстоянието между атомите.

Равновесните разстояния (по-долу ще говорим на кратки разстояния) между атомите са различни за различните видове атоми.

За различните двойки атоми не само разстоянията от вертикалната ос до дъното на кладенеца са различни, но и дълбочината на кладенците.

Дълбочината на ямата има просто значение: за да излезете от ямата, имате нужда от енергия, точно равна на дълбочината. Следователно дълбочината на кладенеца може да се нарече енергия на свързване на частиците.

Разстоянията между атомите на молекулите са толкова малки, че за тяхното измерване е необходимо да се изберат подходящи единици, в противен случай те ще трябва да изразят своите стойности, например в следния вид: 0,000000012 см. Това е цифрата за кислородна молекула.

Единиците, които са особено удобни за описване на атомния свят, се наричат ​​ангстрьоми (но фамилното име на шведския учен, чието име са назовани тези единици, се чете правилно Ongström; за да напомня за това, над буквата A е поставен кръг):

тоест сто милионна част от сантиметъра.

Разстоянията между атомите на молекулите са в диапазона от 1 до 4A. Равновесното разстояние за кислород, записано по-горе, е 1,2 A.

Междуатомните разстояния, както виждате, са много малки. Ако препасате земното кълбо с въже на екватора, тогава дължината на "коланът" ще бъде толкова пъти по-голяма от ширината на дланта ви, колко пъти ширината на дланта ви е по-голяма от разстоянието между атомите на молекулата.

Калориите обикновено се използват за измерване на енергията на свързване, но те не се приписват на една молекула, което, разбира се, би дало незначителна цифра, а на един мол, т.е. към N A молекули.

Ясно е, че енергията на свързване на мол, ако се раздели на числото на Авогадро N A = 6,023 * 10 23 mol -1, ще даде енергията на свързване на една молекула.

Енергията на свързване на атомите в една молекула, подобно на междуатомните разстояния, се колебае в незначителни граници.

За същия кислород енергията на свързване е 116 000 cal / mol, за водород 103 000 cal / mol и т.н.

Вече казахме, че атомите в молекулите са подредени по съвсем определен начин, един спрямо друг, образувайки се в трудни случаимного сложни сгради.

Ето няколко прости примера.

Ориз. 2.2

В молекулата на CO2 (въглероден диоксид) и трите атома са подредени в редица - въглеродният атом в средата. Водната молекула Н 2 0 има ъглова форма, горната част на ъгъла (той е равен на 105 °) е кислороден атом.

В молекулата на амоняка NH 3 азотният атом е на върха на тристранната пирамида; в молекулата на метана CH 4 въглеродният атом е в центъра на тетраедрична фигура с равни страни, която се нарича тетраедър.

Ориз. 2.3

Въглеродните атоми на бензол C 6 H 6 образуват правилен шестоъгълник. Връзките на въглеродните атоми с водорода идват от всички върхове на шестоъгълника. Всички атоми са разположени в една и съща равнина.

Разположението на центровете на атомите на тези молекули е показано на фиг. 2.2 и 2.3. Линиите представляват връзки.

Извършена е химическа реакция; имаше молекули от един вид, други се образуваха. Някои връзки са прекъснати, други са възстановени. За да разрушите връзките между атомите - запомнете картината - трябва да прекарате същата работа, както при търкаляне на топката от дупката. Напротив, когато се образуват нови връзки, енергията се освобождава - топката се търкаля в дупка.

Кое е повече, дело на разбиване или дело на създаване? В природата срещаме и двата вида реакции.

Излишъкът от енергия се нарича топлинен ефект или по друг начин - топлина на трансформация (реакция). Топлинните ефекти на реакциите са през по-голямата частстойности от порядъка на десетки хиляди калории на мол. Много често термичният ефект се включва като термин във формулата на реакцията.

Например, реакцията на изгаряне на въглерод (под формата на графит), т.е. комбинирането му с кислород, се записва по следния начин:

Това означава, че когато въглеродът се комбинира с кислород, се освобождават 94 250 калории. Сумата от вътрешните енергии на мол въглерод и мол кислород в графита е вътрешна енергиямолейки се въглероден двуокисплюс 94 250 калории.

По този начин такива записи имат ясно значение на алгебричните равенства, написани за стойностите на вътрешната енергия.

Използвайки такива уравнения, може да се намери термични ефектитрансформации, за които директните методи на измерване не са подходящи по една или друга причина. Ето пример: ако въглеродът (графит) се комбинира с водород, тогава ще се образува газ ацетилен:

Реакцията не върви по този начин. Въпреки това можете да откриете неговия топлинен ефект. Нека запишем три добре познати реакции -

въглеродно окисление:

водородно окисление:

окисление на ацетилен:

Всички тези равенства могат да се разглеждат като уравнения за енергиите на свързване на молекулите. Ако е така, тогава те могат да се оперират като алгебрични равенства. Като извадим горните две от дъното, получаваме

Това означава, че интересуващата ни трансформация е съпроводена с усвояване на 56 000 калории на мол.

Физични и химични молекули

Докато изследователите не разберат подробно структурата на материята, такова разграничение не е правено. Молекулата е молекула, тоест най-малкият представител на дадено вещество. Изглежда, че това казва всичко. Това обаче не е така.

Молекулите, за които току-що говорихме, са молекули и в двата смисъла на думата. Молекулите на въглеродния диоксид, амоняка, бензола, за които говорихме, и молекулите на почти всички органични вещества (за които не говорихме) са съставени от атоми, които са силно свързани един с друг. При разтваряне, топене, изпаряване тези връзки не се прекъсват. Молекулата продължава да се държи като отделна частица, като малко физическо тяло при всякакви физически влияния и промени в състоянието.

Но това не винаги е така. За повечето неорганични вещества може да се говори за молекула само в химическия смисъл на думата. Но най-малката частица от такива добре познати неорганични вещества като готварска сол, калцит или сода не съществува. Не откриваме отделни частици в кристали (повече за това на няколко страници); при разтваряне молекулите се разпадат.

Захарта е органично вещество. Следователно, молекулите на захарта "плуват" във водата на сладкия чай. Но в солена вода няма да открием никакви молекули готварска сол (натриев хлорид). Тези "молекули" (трябва да поставите кавички) съществуват във водата под формата на атоми (или по-скоро йони - електрически заредени атоми - за тях ще говорим по-късно).

По същия начин, в парите и в стопилките, части от молекулите живеят независим живот.

Когато става въпрос за силите, които свързват атомите във физическа молекула, тогава такива сили се наричат ​​валентни сили. Междумолекулните сили са невалентни. Въпреки това, видът на кривата на взаимодействие, показан на фиг. 2.1 е еднакъв и в двата случая. Единствената разлика е в дълбочината на ямата. При валентните сили ямата е стотици пъти по-дълбока.

Взаимодействие на молекули

Молекулите се привличат една друга, няма съмнение в това. Ако в един момент те престанат да се привличат един към друг, всички течни и твърди тела биха се разпаднали на молекули.

Молекулите се отблъскват една друга и това несъмнено е, тъй като в противен случай течностите и твърдите вещества биха се компресирали с изключителна лекота.

Силите действат между молекулите, в много отношения подобни на силите между атомите, които бяха споменати по-горе. Кривата на потенциалната енергия, която току-що начертахме за атоми, предава правилно основните характеристики на взаимодействието на молекулите. Съществуват обаче и значителни разлики между тези взаимодействия.

Нека сравним, например, равновесното разстояние между кислородните атоми, образуващи молекула, и кислородните атоми на две съседни молекули, които са привлечени в втвърден кислород до равновесно положение. Разликата ще бъде много забележима: кислородните атоми, които образуват молекулата, са разположени на разстояние от 1,2 A, кислородните атоми на различни молекули са близо един до друг при 2,9 A.

Подобни резултати се получават и за други атоми. Атомите на чужди молекули са разположени по-далеч един от друг, отколкото атомите на една молекула. Следователно молекулите са по-лесни за разкъсване една от друга, отколкото атомите от молекула, а разликата в енергиите е много по-голяма от разликата в разстоянията. Ако енергията, необходима за прекъсване на връзката между кислородните атоми, образуващи молекула, е около 100 kcal/mol, тогава енергията за разкъсване на кислородните молекули е по-малко от 2 kcal/mol.

Това означава, че на кривата на потенциалната енергия на молекулите "кладенчето" лежи по-далеч от вертикалната ос и освен това "кладенчето" е много по-плитко.

Това обаче не изчерпва разликата между взаимодействието на атомите, образуващи молекула, и взаимодействието на молекулите.

Химиците са показали, че атомите са свързани в една молекула с много специфичен брой други атоми. Ако два водородни атома образуват молекула, тогава третият атом вече няма да се присъедини към тях. Кислородният атом във водата е свързан с два водородни атома и е невъзможно да се прикрепи друг към тях.

Не откриваме нищо подобно в междумолекулните взаимодействия. След като привлече един съсед към себе си, молекулата по никакъв начин не губи своята "привлекателна сила". Приближаването на съседите ще продължи, докато има достатъчно място.

Какво имаш предвид "достатъчно място"? Молекулите са като ябълки или яйца? Разбира се, в известен смисъл подобно сравнение е оправдано: молекулите са физически тела с определени „размери“ и „форми“. Равновесното разстояние между молекулите не е нищо друго освен "размерите" на молекулите.

Как изглежда топлинното движение

Взаимодействията между молекулите могат да бъдат повече или по-малко важни в "живота" на молекулите.

Трите състояния на материята - газообразно, течно и твърдо - се различават едно от друго по ролята, която взаимодействието на молекулите играе в тях.

Думата "газ" е измислена от учени. Произлиза от гръцката дума за "хаос" - безпорядък.

Наистина, газообразното състояние на материята е пример за пълно, съвършено нарушение във взаимното подреждане и движение на частиците, което съществува в природата. Няма микроскоп, който да ви позволи да видите движението на газовите молекули, но въпреки това физиците могат да опишат достатъчно подробно живота на този невидим свят.

В кубичен сантиметър въздух при нормални условия ( стайна температураи атмосферно налягане) има огромен брой молекули, приблизително 2,5 * 10 19 (т.е. 25 милиарда милиарда молекули). Всяка молекула има обем 4 * 10 -20 cm 3, т.е. куб със страна приблизително 3,5 * 10 -7 cm = 35 A. Молекулите обаче са много малки. Например, молекулите на кислорода и азота - по-голямата част от въздуха - имат среден размер от около 4 А.

По този начин средното разстояние между молекулите е 10 пъти по-голямо от размера на молекулата. А това от своя страна означава, че средният обем въздух, който съдържа една молекула, е около 1000 пъти обема на самата молекула.

Представете си равна площ, върху която монетите са разпръснати на случаен принцип, със средно сто монети на квадратен метър. Това означава една или две монети на страница от книгата, която четете. Газовите молекули са разположени приблизително по същия начин.

Всяка газова молекула е в състояние на непрекъснато топлинно движение.

Нека проследим една молекула. Тук тя бързо се движи някъде вдясно. Ако нямаше препятствия по пътя си, молекулата щеше да продължи движението си по права линия със същата скорост. Но пътят на молекулата се пресича от безбройните й съседи. Сблъсъците са неизбежни и молекулите се разпръскват като две сблъскващи се билярдни топки. По какъв начин ще отскочи нашата молекула? Ще спечели ли или ще загуби скоростта си? Всичко е възможно: в края на краищата срещите могат да бъдат много различни. Ударите са възможни както отпред, така и отзад, и отдясно и отляво, силни и слаби. Ясно е, че подложена на такива случайни сблъсъци по време на тези случайни срещи, молекулата, която наблюдаваме, ще се втурне във всички посоки покрай съда, в който е уловен газът.

По какъв път могат да се движат газовите молекули без сблъсък?

Зависи от размера на молекулите и от плътността на газа. Колкото по-голям е размерът на молекулите и техният брой в съда, толкова по-често те ще се сблъскват. Средната дължина на пътя, изминат от молекула без сблъсък, се нарича средна дължина run - равни при нормални условия 11 * 10 -6 cm = 1100 A за молекулите на водорода и 5 * 10 -6 cm = 500 A за молекулите на кислорода. 5 * 10 -6 см - двадесет хилядна от милиметъра, разстоянието е много малко, но в сравнение с размера на молекулите далеч не е малко. Пробег от 5 * 10 -6 cm за кислородна молекула съответства на разстояние от 10 m по скалата на билярдна топка.

Струва си да се обърне внимание на особеностите на движението на молекулите в силно разреден газ (вакуум). Движението на молекулите, "образуващи вакуум" променя своя характер, когато свободният път на молекулата стане по-голям от размера на съда, в който се намира газът. Тогава молекулите рядко се сблъскват една с друга и се движат на прави зигзаги, удряйки едната или другата стена на съда.

Както току-що казахме, във въздуха при атмосферно налягане дължината на пътя е 5 * 10 -6 см. Ако го увеличим с 10 7 пъти, тогава ще бъде 50 см, тоест ще бъде забележимо по-голям от средния размер на съда . Тъй като дължината на пътя е обратно пропорционална на плътността, а оттам и на налягането, налягането за това трябва да бъде 10 -7 атмосферно, или приблизително 10 -4 mm Hg. Изкуство.

Дори междупланетното пространство не е напълно празно. Но плътността на веществото в него е около 5 * 10 -24 g / cm 3. По-голямата част от междупланетната материя е атомен водород. В момента се смята, че в космоса има само няколко водородни атома на 1 cm 3. Ако увеличите водородна молекула до размера на грахово зърно и поставите такава "молекула" в Москва, тогава нейният най-близък "космически съсед" ще бъде в Тула.

Структурата на течността се различава значително от структурата на газ, чиито молекули са далеч една от друга и само от време на време се сблъскват. V. течните молекули са постоянно в непосредствена близост. Молекулите на течността са подредени като картофи в торба. Вярно е, с една разлика: течните молекули са в състояние на непрекъснато хаотично топлинно движение. Поради непосредствената си близост те не могат да се движат толкова свободно, колкото газовите молекули. Всеки един "тъпчи" през цялото време почти на едно и също място, заобиколен от едни и същи съседи и само постепенно се движи по обема, зает от течността. Колкото по-вискозна е течността, толкова по-бавно е движението. Но дори и в такава "мобилна" течност като водата, молекулата ще се движи с 3 A за времето, необходимо на молекулата на газа да измине 700 A.

Силите на взаимодействие между молекулите с тяхното термично движение в твърдите тела са доста решително изправени. В твърдо вещество молекулите са практически през цялото време в непроменено положение. Топлинното движение засяга само факта, че молекулите постоянно вибрират около равновесните позиции. Липсата на систематично движение на молекулите е причината за това, което наричаме твърдост. Всъщност, ако молекулите не променят съседите си, тогава отделните части на тялото остават в постоянна връзка една с друга.

Свиваемост на телата

Докато дъждовните капки барабанят по покрива, газовите молекули бият по стените на съда. Броят на тези удари е огромен и тяхното действие, сливайки се заедно, създава налягане, което може да премести буталото на двигателя, да счупи снаряда или да надуе балон... Градушката от молекулярни удари е атмосферно налягане, това е налягането, което кара капака на врящия чайник да подскочи, това е силата, която изхвърля куршум от пушката.

Каква е причината за налягането на газа? Ясно е, че налягането ще бъде толкова по-голямо, колкото по-силен е ударът, нанесен от една молекула. Не по-малко очевидно е, че налягането ще зависи от броя на нанесените удари в секунда. Колкото повече молекули има в съда, толкова по-чести са ударите, толкова по-голямо е налягането. Следователно, на първо място, налягането p на даден газ е пропорционално на неговата плътност.

Ако масата на газа е непроменена, тогава чрез намаляване на обема, ние увеличаваме плътността със съответния брой пъти. Това означава, че налягането на газа в такъв затворен съд ще бъде обратно пропорционално на обема. Или, с други думи, произведението на налягането и обема трябва да е постоянно:

V = const.

Този прост закон е открит от английския физик Бойл и френския учен Мариот. Законът на Бойл - Мариот - един от първите количествени закони в историята физическа наука... Разбира се, това става при постоянна температура.

Тъй като газът се свива, уравнението на Бойл-Мариот става все по-лошо и по-лошо. Молекулите се приближават, взаимодействието между тях започва да влияе върху поведението на газа.

Законът на Бойл – Мариот е валиден в случаите, когато намесата на силите на взаимодействие в живота на газовите молекули е напълно невидима. Следователно за закона на Бойл-Мариот се говори като за закон за идеалните газове.

Прилагателното "идеален" звучи малко смешно във връзка с думата "газ". Перфектен означава съвършен, такъв, че не може да бъде по-добър.

Колкото по-прост е моделът или схемата, толкова по-идеален е за физик. Изчисленията са опростени, обясненията на физическите явления стават лесни и ясни. Терминът "идеален газ" се отнася до най-простата газова схема. Поведението на достатъчно разредени газове е практически неразличимо от поведението на идеалните газове.

Свиваемостта на течностите е много по-малка от свиваемостта на газовете. В течност молекулите вече са в „контакт“. Компресията се състои само в подобряване на "опаковането" на молекулите, а при много високо налягане - в притискането на самата молекула. Доколко силите на отблъскване затрудняват компресирането на течността може да се види от следващите фигури. Увеличаването на налягането от една до две атмосфери води до намаляване наполовина на обема на газа, докато обемът на водата се променя с 1 / 20 000, а живакът - само с 1 / 250 000.

Дори огромното налягане в дълбините на океана не е в състояние да компресира значително водата. Наистина, налягане от една атмосфера се създава от воден стълб от десет метра. Налягането под 10-километров слой вода е 1000 атмосфери. Обемът на водата се намалява с 1000 / 20 000, тоест с 1/20.

Свиваемостта на твърдите вещества се различава малко от свиваемостта на течността. Това е разбираемо – и в двата случая молекулите вече са в контакт, а компресия може да се постигне само благодарение на по-нататъшното приближаване на вече силно отблъскващи молекули. Свръхвисоките налягания от 50-100 хиляди атмосфери успяват да компресират стоманата с 1/1000, оловото - с 1/7 от обема.

От тези примери може да се види, че при земни условия не е възможно да се компресира твърда материя по някакъв значителен начин.

Но във Вселената има тела, където материята е несравнимо по-компресирана. Астрономите са открили съществуването на звезди, плътността на материята в които достига 10 6 g / cm 3. Вътре в тези звезди - те се наричат ​​бели джуджета ("бели" - по естеството на светимостта "джуджета" - поради относително малкия им размер) - следователно трябва да има огромно налягане.

Повърхностни сили

Можете ли да излезете сух от водата? Разбира се, за това трябва да смажете с неомокрящо се вещество.

Разтрийте пръста си с парафин и го потопете във вода. Като го извадиш, се оказва, че на пръста ти няма вода, освен две-три капчици. Малко движение - и капчиците се отърсват.

В този случай те казват: водата не намокря парафина. Живакът се държи по този начин по отношение на почти всички твърди вещества: живакът не намокря кожата, стъклото, дървото ...

Водата е по-капризна. Тя се придържа плътно към някои тела и се опитва да не влиза в контакт с други. Водата не овлажнява мазни повърхности, но намокря добре чистото стъкло. Водата навлажнява дърво, хартия, вълна.

Ако капка вода се нанесе върху чиста чаша, тя ще се разпространи и ще образува много тънка локва. Ако същата капчица се потопи върху парафин, тя ще остане почти сферична капчица, леко притисната от гравитацията.

Керосинът принадлежи към веществата, "прилепващи" към почти всички тела. В опит да се разпространи върху стъкло или метал; керосинът може да изпълзи от лошо затворен съд. Локва от разлята кутия с керосин дълго времесъществуване на отрова: керосинът ще улови голяма повърхност, ще пълзи в пукнатини, ще проникне в дрехите. Поради това е толкова трудно да се отървете от неприятната му миризма.

Ненамокрянето на телата може да доведе до любопитни явления. Вземете игла, намажете я и внимателно я поставете върху водата. Иглата няма да потъне. Като се вгледате внимателно, можете да видите, че иглата се пробутва през водата и спокойно лежи в образувалата се кухина. Лек натиск обаче е достатъчен и иглата ще потъне. Това изисква значителна част от него да е във водата.

Това интересно свойство се използва от насекоми, които бягат бързо във водата, без да намокрят краката си.

Омокрянето се използва при концентриране на флотационна руда. Думата "flotation" означава "float". Същността на явлението е следната. Фино натрошената руда се зарежда във вана с вода, там се добавя малко количество специално масло, което трябва. имат свойството да овлажняват зърната на минерала и да не овлажняват зърната на "отпадна скала" (т.нар. "ненужна част от рудата.) При смесване зърната на минерала са обвити в маслен филм.

В черната каша от рудата на водата и маслото се вдухва въздух. Образуват се много малки въздушни мехурчета - пяна. Въздушни мехурчета плуват. Процесът на флотация се основава на покрити с масло зърна, които се придържат към въздушни мехурчета. Голям балон извежда зърното нагоре като балон.

Минералът се превръща в пяна на повърхността. Отпадна скала остава на дъното. Пяната се отстранява и се изпраща за по-нататъшна обработка, за да се получи така нареченият "концентрат", който съдържа десетки пъти по-малко отпадъчна скала.

Силите на сцепление на повърхностите са в състояние да нарушат изравняването на течността в комуникационните съдове. Много е лесно да се провери валидността на това.

Ако тънка (част от милиметър в диаметър) стъклена тръба се спусне във вода, тогава, в нарушение на закона за комуникационните съдове, водата в нея бързо ще започне да се издига нагоре и нивото й ще бъде значително по-високо, отколкото в широк съд (фиг. 2.4).

Ориз. 2.4

Какво стана? Какви сили задържат тежестта на издигащия се течен стълб? Покачването е направено от силите на адхезия на водата към стъклото.

Силите на сцепление на повърхността се проявяват ясно само когато течността се издига в достатъчно тънки тръби. Колкото по-тясна е тръбата, колкото по-високо се издига течността, толкова по-отчетливо е явлението. Името на тези повърхностни явления е свързано с името на тубулите. Каналът в такава тръба има диаметър, измерен във фракции от милиметър; такава тръба се нарича капилярна (което означава в превод: "тънка като косъм"). Феноменът на покачване на течността в тънки тръби се нарича капилярност.

До каква височина капилярните тръби могат да издигнат течността? Оказва се, че в тръба с диаметър 1 мм водата се издига на височина 1,5 мм. При диаметър 0,01 mm височината на повдигане се увеличава със същия коефициент, с който е намалял диаметърът на тръбата, т.е. до 15 cm.

Разбира се, издигането на течността е възможно само при условие на намокряне. Не е трудно да се предположи, че живакът няма да се издигне в стъклени тръби. Напротив, живакът слиза в стъклените тръби. Живакът не "толерира" контакт със стъклото толкова много, че има тенденция да намали общата повърхност до минимума, който гравитацията позволява.

Има много тела, които са нещо като система от най-фини тръби. В такива тела винаги се наблюдават капилярни явления.

Растенията и дърветата имат цяла система от дълги канали и пори. Диаметърът на тези канали е по-малък от стотни от милиметъра. Поради това капилярните сили повишават почвената влага до значителна височина и пренасят вода в тялото на растението.

Много удобно нещо е попивателната хартия. Направихте петно, но трябва да обърнете страницата. Не чакайте, докато петното изсъхне! Взима се парче попивателна хартия, краят му се потапя в капка и мастилото бързо се издига нагоре срещу гравитацията.

Това, което се случва, е типично капилярен феномен... Ако погледнете попивателната хартия под микроскоп, можете да видите нейната структура. Такава хартия се състои от хлабава мрежа от хартиени влакна, образуващи тънки и дълги канали един с друг. Тези канали играят ролята на капилярни тръби.

Същата система от дълги пори или канали, образувани от влакна, се намира в фитилите. Керосинът в лампите се издига покрай фитила. С помощта на фитил можете да създадете и сифон, като спуснете фитила с единия край в непълна чаша с течност, така че другият край, висящ отстрани, да е по-нисък от първия (фиг. 2.5).

Ориз. 2.5

Технологията за производство на боядисване също често използва способността на тъканите да изтеглят течност през тънки канали, образувани от нишките на тъканта.

Но все още не сме казали нищо за молекулярния механизъм на тези интересни явления.

Разликите в повърхностните сили се обясняват отлично с междумолекулните взаимодействия.

Капка живак не се разпръсква по стъклото. Това се дължи на факта, че енергията на взаимодействие на живачните атоми един с друг е по-голяма от енергията на свързване на стъклото и живачните атоми. По същата причина живакът не се издига в тесни капиляри.

При водата положението е различно. Оказва се, че водородните атоми на водните молекули лесно се придържат към кислородните атоми на силициевия оксид, от който основно се състои стъклото. Междумолекулните сили вода - стъкло са по-големи от междумолекулните сили вода - вода. Следователно водата се разпространява по стъклото и се издига в стъклените капиляри.

Повърхностните сили, или по-скоро енергията на свързване (дълбочината на кладенеца на фиг. 2.1), за различни двойки вещества могат да бъдат измерени и изчислени. Говоренето за това как е направено ще ни отведе твърде далеч.

Кристали и тяхната форма

Много хора смятат, че кристалите са красиви, редки камъни. Те са различни цветове, обикновено прозрачни и, което е най-забележителното, имат красива правилна форма. Най-често кристалите са полиедри, техните страни (лица) са идеално плоски, „ръбовете са строго прави. Те радват окото с прекрасна игра на светлина в лицата, удивителна закономерност на структурата.

Сред тях има скромни кристали каменна сол - естествен натриев хлорид, тоест обикновена готварска сол. Те се срещат естествено под формата на правоъгълни паралелепипеди или кубчета. Проста формаа калцитните кристали са прозрачни наклонени паралелепипеди. Кварцовите кристали са много по-сложни. Всеки кристал има много лица различни формипресичащи се по ръбове с различни дължини.

Кристалите обаче съвсем не са музейна рядкост. Кристалите ни заобикалят навсякъде. Твърди вещества, от които строим къщи и правим машини, вещества, които използваме в ежедневието – почти всички принадлежат към кристали. Защо не виждаме това? Факт е, че в природата телата рядко се срещат под формата на отделни монокристали (или, както се казва, единични кристали). Най-често веществото се намира под формата на здраво залепени кристални зърна с много малък размер - по-малко от хилядна от милиметъра. Тази структура може да се види само с микроскоп.

Телата, състоящи се от кристални зърна, се наричат ​​фино кристални или поликристални („поли“ е гръцки за „много“).

Разбира се, финокристалните тела също трябва да се отнасят към кристалите. Тогава се оказва, че почти всички околни твърди тела са кристали. Пясък и гранит, мед и желязо, салол, продаван в аптеката; и всички бои са кристали.

Има и изключения; стъклото и пластмасата не се състоят от кристали. Такива твърди вещества се наричат ​​аморфни.

И така, да изучаваме кристалите означава да изучаваме почти всички тела около нас. Ясно е колко важно е това.

Единичните кристали веднага се разпознават по правилните си форми. Плоските лица и прави ръбове са характерно свойство на кристала; правилността на формата несъмнено е свързана с правилността на вътрешната структура на кристала. Ако кристалът е особено удължен в някаква посока, това означава, че структурата на кристала в тази посока е някаква специална.

Но представете си, че топката е направена от голям кристал на машина. Ще успеем ли да разберем, че имаме кристал в ръцете си и да различим тази топка от стъклената? Тъй като различни лица на кристала са развити в различни степени, то това предполага, че физическите свойства на кристала не са еднакви в различни посоки. Горното се отнася за здравина, електрическа проводимост и наистина за много свойства. Тази особеност на кристала се нарича анизотропия на неговите свойства. Анизотропен означава различен в различни посоки.

Кристалите са анизотропни. Напротив, аморфните тела, течности и газове са изотропни ("изо" - на гръцки "същото", "тропос" - посока), тоест имат едни и същи свойства в различни посоки. Анизотропията на свойствата ни позволява да разберем (дали прозрачно безформено парче материя е кристал или не.

Да отидем в минералогичния музей и да разгледаме отблизо различни монокристални образци от кристали от едно и също вещество. Напълно възможно е на щанда да бъдат изложени образци както с правилни, така и с неправилни форми. Някои кристали ще изглеждат като отломки, докато други ще имат 1-2 аспекта на "ненормално" развитие.

Нека изберем образци от общата купчина, които ни се струват идеални, и да ги скицираме. Получената картина е показана на фиг. 2.6. За пример е избран същият кварц. Кварцът, подобно на други кристали, може да се развие различен номерлица от един "вид", както и различен брой "степени" на самите лица. Въпреки че външното сходство не е поразително, все пак такива кристали са подобни един на друг, като близки роднини, като близнаци. Какви са техните прилики?

Ориз. 2.6

Вижте фиг. 2.6, който показва редица кварцови кристали. Всички тези кристали са близки "роднини". Те могат да бъдат направени напълно идентични чрез смилане на ръбовете на различни дълбочини, успоредни на самите тях. Лесно е да се види, че по този начин, например, кристал II може да бъде направен точно същият като кристал I. Това е възможно, защото ъглите между подобни лица на образците са еднакви, например между лицата A и B, B и C и др.

Това равенство на ъглите е "семейната" прилика на кристалите. При смилане на лицата, успоредни на себе си, формата на кристала се променя, но ъглите между лицата запазват стойността си.

По време на растежа на кристала, в зависимост от редица аварии, някои лица могат да изпаднат в по-благоприятни условия, други по-неудобни за увеличаване на размера им. Външното сходство на пробите, отгледани при различни условия, ще стане незабележимо, но ъглите между сходните лица на всички кристали на изследваното вещество винаги ще бъдат еднакви. Формата на кристала е произволна, а ъглите между лицата отговарят (по-късно ще разберете защо) на присъщата му природа.

Но плоскостта не е единственото свойство на кристалите, което ги отличава от безформените тела. Кристалите са симетрични. Значението на тази дума се разбира най-добре от примери.

Ориз. 2.7

На фиг. 2.7 изобразява скулптура; пред нея има голямо огледало. В огледалото се появява отражение, което точно повтаря обекта. Скулпторът може да направи две фигури и да ги позиционира по същия начин като фигурата и нейното отражение в огледалото. Тази "двойна" скулптура ще бъде симетрична фигура - тя се състои от две огледално равни части. Дясната страна на скулптурата точно съвпада с отражението на лявата страна. Такава симетрична фигура има вертикална равнина на огледална симетрия, която минава по средата между тях. Равнината на симетрията е ментална равнина, но ние я усещаме ясно, като имаме предвид симетрично изградено тяло.

Телата на животните имат равнина на симетрия, вертикалната равнина на външна симетрия може да бъде начертана през човек. В животинското царство симетрията се реализира само приблизително и като цяло идеална симетрия не съществува в живота. Архитектът може да нарисува къща в две идеално симетрични половини по чертеж. Но когато къщата е построена, колкото и добре да е направена, винаги може да се намери разликата в двете съответстващи части на сградата; да кажем, че на едно място има пукнатина, а на друго не.

Най-точната симетрия се осъществява в света на кристалите, но дори и тук тя е несъвършена: пукнатини, невидими за окото, драскотините винаги правят равни ръбове, леко различни един от друг.

Ориз. 2.8

На фиг. 2.8 изобразява детска машина за въртене на хартия. Тя също е симетрична, но равнината на симетрия не може да бъде прокарана през нея. Тогава каква е симетрията на тази фигура? Преди всичко нека се запитаме за симетричните му части. Колко са там? Очевидно четири. Каква е правилността на взаимното подреждане на тези еднакви части? Това също не е трудно да се види. Завъртете спинера обратно на часовниковата стрелка под прав ъгъл, тоест с 1/4 от окръжността: тогава крило 1 ще падне на мястото, където е било крило 2, крило 2 - на място 3, 3 - на място 4 и 4 - на място 1 Новата позиция е неразличима от предишната. Ще кажем за такава фигура по този начин: тя има ос на симетрия, по-точно ос на симетрия от 4-ти ред, тъй като подравняването се получава, когато се завърти с 1/4 от окръжността.

И така, оста на симетрия е такава права линия, като завъртите около част от оборота, можете да прехвърлите тялото в позиция, която е неразличима от оригиналната. Редът на оста (в нашия случай 4-та) показва, че това подравняване се случва, когато завъртите 1/4 от кръга. Следователно с четири последователни завъртания се връщаме в изходна позиция.

Срещаме ли някакъв вид симетрия в кристалната сфера? Опитът показва, че не е така.

В кристалите се срещаме само с оси на симетрия от 2-, 3-, 4- и 6-ти порядък. И това не е случайно. Кристалографите са доказали, че това се дължи на вътрешната структура на кристала. Следователно броят на различните видове или, както се казва, класовете на симетрия на кристалите е сравнително малък - той е равен.

Кристална структура

Защо формата на кристала е толкова красива, толкова красива? Неговите ръбове, лъскави и равномерни, изглеждат така, сякаш умел мелничар е работил върху кристала. Отделни части на кристала се повтарят взаимно, образувайки красива симетрична форма. Тази изключителна коректност на кристалите вече е била позната на хората от древността. Но представите на древните учени за кристалите се различаваха малко от приказките и легендите, съставени от поети, чиито въображения бяха запленени от красотата на кристалите. Те вярвали, че кристалът се образува от лед, а диамантът - от кристал. Кристалите бяха надарени с много мистериозни свойства: да лекуват от болести, да предпазват от отрова, да влияят върху съдбата на човек ...

През XVII - XVIII вексе появяват първите научни възгледи за природата на кристалите. Идеята за тях е дадена на фиг. 2.9, заимстван от книга от 18 век. Според автора му кристалът е изграден от най-малките „тухлички“, плътно прикрепени една към друга. Тази мисъл е доста естествена. Да счупим със силен удар кристала на калцита (калциев карбонат). Ще се разлети на парчета с различни размери. Разглеждайки ги внимателно, откриваме, че тези парчета имат правилна форма, доста сходни с формата на големия кристал - техния родител. Вероятно, разсъждава ученият, и по-нататъшното смачкване на кристала ще се случи по същия начин, докато стигнем до най-малката невидима за окото тухла, представляваща кристал от дадено вещество. Тези тухли са толкова малки, че изградените от тях стъпаловидни „стълби” – ръбовете на кристала – ни се струват безупречно гладки. Е, тогава каква е тази "последна" тухла? Тогавашният учен не може да отговори на такъв въпрос.

Ориз. 2.9

„Тухлата“ теория за кристалната структура донесе големи ползи на науката. Тя обясни произхода на правите ръбове и ръбове на кристала: докато кристалът расте, някои тухли се приспособяват към други, а ръбът расте като стена на къща, изградена от ръцете на зидар.

И така, отговорът на въпроса за причината за правилността и красотата на формата на кристалите беше даден много отдавна. Причината за това е вътрешна коректност. И правилността се крие в многократното повторение на едни и същи елементарни части.

Представете си паркова решетка, направена от пръти с различна дължина и произволно разположени. Грозна картина. Добрата решетка е изградена от еднакви пръти, разположени в правилната последователност на равни разстояния един от друг. Намираме същия самоповтарящ се модел в тапета. Тук елемент от рисунката - да речем, момиче, което играе с топка - вече не се повтаря в една посока, както в паркова решетка, а запълва равнината.

Какво общо имат парковата скара и тапетите с кристала? Най-пряката. Парковата решетка се състои от връзки, повтарящи се по линия, тапет - от картини, повтарящи се по равнината, и кристал - от групи от атоми, повтарящи се в пространството. Следователно те казват, че атомите на кристала образуват пространствена (или кристална) решетка.

Трябва да обсъдим редица детайли, свързани с пространствената мрежа, но за да не усложняваме художника с изграждането на сложни обемни рисунки, ще обясним от какво се нуждаем, като използваме примера на парче тапет.

На фиг. 2.10, най-малкото парче е подчертано, като просто преместите което можете да направите целия тапет. За да изберете такова парче, нарисувайте от всяка точка на чертежа, например от центъра на топката, две линии, свързващи избраната топка с две съседни. На тези линии можете да построите, както можете да видите на нашата фигура, паралелограм. Като преместите това парче в посоката на основните основни линии, можете да съставите целия модел на тапета. Това най-малко парче може да бъде избрано по различни начини: от фигурата можете да видите, че можете да изберете няколко различни паралелограма, всеки от които съдържа една фигура. Подчертаваме, че за нас в този случай няма значение дали тази фигура е цяла вътре в избраното парче или разделена на части с линии, които ограничават това парче.

Ориз. 2.10

Би било погрешно да се вярва, че след като е направил фигура, повтаряща се върху тапета, художникът може да счита задачата си за изпълнена. Това би било така само ако компилирането на тапета може да се извърши по единствения начин - чрез прикрепване към дадено парче, съдържащо една фигура, друга от същата, успоредно изместена.

Въпреки това, в допълнение към този най-прост метод, има още шестнадесет начина за запълване на тапета с редовно повтарящ се модел, тоест има общо 17 вида взаимно подреждане на фигури в самолета. Те са показани на фиг. 2.11. Тук беше избран по-прост като повтарящ се модел, но, както е на фиг. 2.10, фигура, лишена от собствена симетрия. Изградените от него шарки обаче са симетрични и разликата им се определя от разликата в симетрията на подредбата на фигурите.

Ориз. 2.11

Виждаме това например в първите три случая. чертежът няма огледална равнина на симетрия - не можете да поставите вертикално огледало като това; така че една част от чертежа е "отражение" на друга част. Напротив, в случаите 4 и 5 има равнини на симетрия. В случаи 8 и 9 можете да "инсталирате" две взаимно перпендикулярни огледала. В случай 10 има оси от 4-ти ред, перпендикулярни на чертежа, в случай 11, оси от 3-ти ред. В случаите 13 и 15 има оси от 6-ти ред и др.

Равнините и осите на симетрия на нашите рисунки не се появяват поотделно, а в паралелни "семейства". Ако сме намерили една точка, през която може да бъде начертана ос (или равнина) на симетрия, тогава бързо ще намерим съседната и след това на същото разстояние третата и четвъртата и т.н. точки, през които са същите оси (или равнини) на симетрия преминават ...

17 вида симетрия на плосък модел не изчерпват, разбира се, цялото разнообразие от модели, съставени от една и съща фигура; художникът трябва да посочи още едно обстоятелство: как да позиционира фигурката спрямо граничните линии на клетката. На фиг. 2.12 показва два шаблона на тапети с една и съща оригинална фигурка в различни позиции по отношение на огледалата. И двата модела се отнасят до случай 8.

Ориз. 2.12

Всяко тяло, включително кристал, е изградено от атоми. Простите вещества се състоят от еднакви атоми, сложните - от два или повече вида атоми. Да предположим, че можем да изследваме повърхността на кристал от натриев хлорид със свръхмощен микроскоп и да видим центровете на атомите. Ориз. 2.13 показва, че атомите са разположени по ръба на кристала, като модел на тапет. Вече можете лесно да разберете как е изграден кристалът. Кристалът е "пространствен тапет". Пространствените, тоест обемни, а не плоски, елементарни клетки са "тухли", като се прилагат една към друга в пространството, се изгражда кристал.

Ориз. 2.13

Колко начина да изградите "пространствен тапет" от елементарни парчета? Тази сложна математическа задача е решена в края на миналия век от Евграф Степанович Федоров. Той доказа; че трябва да има 230 начина за изграждане на кристал.

Всички съвременни данни за вътрешна структуракристалите са получени с помощта на рентгенов дифракционен анализ, който ще обсъдим в книга 4.

Има прости кристали, изградени от атоми от същия вид. Например, диамантът е чист въглерод. Кристалите на солта се състоят от два вида йони: натрий и хлор. По-сложни кристали могат да бъдат изградени от молекули, които от своя страна са съставени от много видове атоми.

Въпреки това, в кристал винаги е възможно да се отдели най-малката повтаряща се група от атоми (в най-простия случай това ще бъде един атом), с други думи, единична клетка.

Размерите на клетките могат да бъдат много различни. Най-малките разстояния между съседни възли (върхове на клетките) се намират в най-простите кристали, изградени от атоми от същия тип, най-големите - в сложните протеинови кристали. Разстоянията варират от 2-3 до няколкостотин ангстрьома (сто милионни от сантиметъра).

Кристалните решетки са много разнообразни. Въпреки това, свойствата, общи за всички кристали, се обясняват перфектно от решетъчния строеж на кристалите. На първо място, не е трудно да се разбере, че идеално плоските лица са равнини, преминаващи през възлите, в които седят атомите. Но възловите равнини могат да бъдат начертани в произволен брой посоки в различни посоки. Кои от тези възлови равнини ограничават отглеждания кристал?

Нека първо обърнем внимание на следното обстоятелство: различните възлови равнини и линии не са запълнени с възли еднакво плътно. Опитът показва, че кристалът е фасетиран от равнини, които са най-плътни от всички с възли, докато равнините се пресичат по ръбовете на свой ред с най-гъсто населените възли.

Ориз. 2.14 дава изглед на кристалната решетка, перпендикулярна на лицето й; чертаят се следи от някои възлови равнини, перпендикулярни на чертежа. От казаното става ясно, че кристалът може да развива лица, успоредни на възлови равнини I и III, и няма да има лица, успоредни на равнините II, които рядко са осеяни с възли.

Ориз. 2.14

Понастоящем е известна структурата на много стотици кристали. Нека поговорим за структурата на най-простите кристали и преди всичко тези, които са изградени от атоми от същия вид.

Най-често срещаните са три вида решетки. Те са показани на фиг. 2.15. Точките представляват центровете на атомите; линиите, свързващи точките, нямат реално значение. Те се извършват само с цел да се направи по-ясен за читателя характерът на пространственото подреждане на атомите.

Ориз. 2.15

Ориз. 2.15, аи 2.15, бизобразяват кубични решетки. За да получите по-ясна представа за тези решетки, представете си какво сте сгънали по най-простия начин — ръб до ръб, ръб до ръб — бебешки кубчета. Ако сега мислено поставите точките по върховете и центровете на обемите на кубовете, тогава ще се появи кубична решетка, показана на лявата фигура. Тази структура се нарича кубично центрирана по тялото. Ако поставите точки по върховете на кубовете и в центровете на техните лица, тогава се появява кубична решетка, показана на средната фигура. Нарича се кубичен лицево-центриран.

Третата решетка (фиг.2.15, v) се нарича по-плътният шестоъгълник (т.е. шестоъгълен). За да разберете произхода на този термин и по-ясно да си представите подреждането на атомите в тази решетка, вземете билярдни топки и започнете да ги подреждате възможно най-плътно. Първо, нека направим плътен слой - изглежда като билярдни топки, събрани от "триъгълник" преди началото на играта (фиг. 2.16). Обърнете внимание, че топката вътре в триъгълника има шест съседи в контакт с нея и тези шест съседи образуват шестоъгълник. Продължете с полагането, като наслагвате слоеве един върху друг. Ако топките от следващия слой бяха поставени непосредствено над топките от първия слой, тогава такава опаковка би била хлабава. Опитвайки се да поставите в определен обем най-голямо числотопки, трябва да поставим топките от втория слой в дупките на първия слой, от третия слой - в дупките на втория и т.н. В най-близката шестоъгълна опаковка, топките от третия слой се поставят така, че центровете от тези топки лежат над центровете на топките от първия слой.

Ориз. 2.16

Центровете на атомите в шестоъгълна най-плътна решетка са разположени по същия начин като центровете на топките, плътно опаковани по описания начин.

В описаните три решетки кристализират много елементи:

Шестоъгълна плътна опаковка ..... Be, Co, Hf, Ti, Zn, Zr

Кубичен лицево центриран ......... A1, Cu, Co, Fe, Au, Ge, Ni, Ti

Кубично центрирано по тялото ........ Cr, Fe, Li, Mo, Ta§ Ti, U, V

Ще споменем само някои от другите структури. На фиг. 2.17 показва структурата на диаманта. Тази структура се характеризира с факта, че въглеродният атом на диаманта има четири най-близки съседи. Нека сравним това число със съответните числа на трите най-често описани структури. Както може да се види от фигурите, в най-плътната шестоъгълна опаковка всеки атом има 12 най-близки съседи, същия брой съседи за атомите, образуващи лицево-центрирана кубична решетка; в телесно-центрирана решетка всеки атом има 8 съседа.

Ориз. 2.17

Нека кажем няколко думи за графита, чиято структура е показана на фиг. 2.18. Особеността на тази структура е поразителна. Графитът се състои от слоеве от атоми, като атомите на един слой са свързани по-силно от атомите на съседните слоеве. Това се дължи на големината на междуатомните разстояния: разстоянието между съседите в един слой е 2,5 пъти по-малко от най-късото разстояние между слоевете.

Ориз. 2.18

Наличието на слабо свързани атомни слоеве води до факта, че графитните кристали лесно се разцепват по тези слоеве. Следователно твърдият графит може да служи като лубрикант в случаите, когато смазочните масла не могат да се използват, например при много ниски или много високи температури. Графитът е твърда смазка.

Триенето между две тела се свежда, грубо казано, до факта, че микроскопичните издатини на едното тяло потъват във вдлъбнатините на другото. Силата, достатъчна за разцепване на микроскопичен графитен кристал, е много по-малко силите на триене, следователно наличието на графитна смазка значително улеснява плъзгането на едно тяло върху друго.

Кристалните структури са безкрайно разнообразни химични съединения... Екстремни - по отношение на разликите - примери са структурите на каменната сол и въглеродния диоксид, показани на фиг. 2.19 и 2.20.

Кристалите на каменната сол (фиг. 2.19) се състоят от натриеви атоми (малки тъмни топки) и хлор (големи светли топки), редуващи се по осите на куба. Всеки натриев атом има шест съседни на еднакво разстояние от различен вид. Същото важи и за хлора. Но къде е молекулата на натриевия хлорид? Тя не е там; в кристала има не само група от един натриев атом и един хлорен атом, но като цяло никоя група от атоми не се откроява по своя подход от другите.

Ориз. 2.19

Химическата формула на NaCl не ни дава основание да твърдим, че „вещество е изградено от NaCl молекули“. Химическата формула само показва, че веществото е изградено от същия номернатриеви и хлорни атоми.

Въпросът за съществуването на молекули в веществото се решава от структурата. Ако в него не се откроява група близки атоми, тогава няма молекули.

Кристал от въглероден диоксид CO2 (сух лед, който лежи в кутиите на продавачите на сладолед) е пример за молекулен кристал (фиг. 2.20). Центровете на кислородните и въглеродните атоми на молекулата на CO2 са разположени по права линия (виж фиг. 2.2). Разстояние C-Oе равно на 1,3 А, а разстоянието между кислородните атоми на съседните молекули е около 3 А. Ясно е, че при такива условия веднага „разпознаваме“ молекулата в кристала.

Ориз. 2.20

Молекулните кристали са плътни пакети от молекули. За да видите това, трябва да очертаете контурите на молекулите. Това се прави на фиг. 2.20.

Всички органични вещества водят до молекулярни кристали. Органичните молекули често съдържат много десетки и стотици атоми (а за тези, които се състоят от десетки хиляди атоми, ще говорим в отделна глава). Невъзможно е да се изобрази графично опаковката им. Следователно можете да видите чертежи, подобни на фиг. 2.21.

Ориз. 2.21

Молекулите на тази органична материя са изградени от въглеродни атоми. Пръчките символизират валентните връзки. Молекулите сякаш висят във въздуха. Но не вярвайте на очите си. Рисунката е направена само по този начин, за да можете да видите как са разположени молекулите в кристала. За простота, авторите на фигурата дори не са изобразили водородни атоми, прикрепени към външни въглеродни атоми (химиците обаче правят това много често). Освен това авторите не смятат за необходимо да "очертават" молекулата - да й придадат форма. Ако направихме това, тогава щяхме да видим, че принципът на молекулярното опаковане - ключът към ключалката - работи в този случай, както и в други подобни.

Поликристални вещества

Вече казахме, че аморфните тела са рядкост в света на твърдите тела. Повечето от обектите около нас се състоят от малки кристални зърна с размер около една хилядна от милиметъра.

Още през миналия век зърнестата структура на металите е открита от изследователи. Най-обикновеният микроскоп помогна. Беше необходимо само да се адаптира така, че прегледът да се проведе не "на светлина", а в отражение. Това правят днес.

Картината, която се появява на окото, е показана на фиг. 2.22. Границите на зърното обикновено са ясно видими. По правило на тези граници се натрупват примеси.

Ориз. 2.22

Свойствата на материала до голяма степен зависят от размера на зърната, от това какво се прави по техните граници и от ориентацията на зърната. Ето защо физиците са прекарали много работа за изследване на поликристални вещества. Фактът, че всяко зърно е кристал, беше доказано с помощта на рентгенов структурен анализ, за ​​който вече обещахме да разкажем на читателя.

Всяка обработка на метал се отразява на зърната му. Ето парче от лят метал: зърната му са подредени произволно, размерът им е доста голям. Телът е изработен от метал и изтеглен. Как се държат кристалните зърна в този случай? Проучванията показват, че промяната на формата на твърдо вещество при издърпване на тел или друга механична обработка причинява фрагментиране на кристални зърна. В същото време под действието на механични сили се появява определен ред в тяхното подреждане. За какъв ред може да говорим тук? В крайна сметка фрагментите от зърната са напълно безформени.

Вярно е, че външната форма на фрагмент може да бъде всякаква, но фрагментът от кристал все още е кристал: атомите в неговата решетка са опаковани точно толкова правилно, колкото в добре нарязан кристал. Следователно във всеки фрагмент е възможно да се посочи как се намира неговата единична клетка. Преди обработката клетките са строго подредени само в рамките на всеки индивид е вярно - обикновено няма общ ред. След обработката зърната се подреждат по такъв начин, че в подреждането на клетките им се появява определен общ ред, наречен текстура; например диагоналите на клетките на всички зърна са зададени приблизително успоредно на посоката на обработка.

Ориз. 2.23 помага да се разбере какво е текстура. Редове от точки в зърната символизират атомни равнини. Отляво - без текстура. Вдясно е ред.

Ориз. 2.23

Различните видове обработка (валцоване, коване, протягане) водят до различни видове текстури. В някои случаи зърната се завъртат така, че единичните им клетки да се подреждат по посоката на обработка с диагонал, в други случаи - с ръба на куб и т.н. от кристалните зърна на метала. Наличието на текстура силно влияе върху механичните свойства на продукта. Изследването на разположението и размера на кристалните зърна в металните изделия хвърли светлина върху същността на механичната обработка на металите и посочи как правилно да се провежда.

Друг важен технически процес, отгряване, също е свързан с пренареждането на кристалните зърна. Ако валцуван или опънат метал се нагрява, тогава при достатъчно висока температура започват да растат нови кристали за сметка на старите. В резултат на отгряване текстурата постепенно се разрушава; новите кристали са подредени на случаен принцип. С повишаване на температурата (или просто с увеличаване на продължителността на отгряване), новите зърна растат, старите изчезват. Зърната могат да нараснат до размера, видим за окото. Отгряването драстично променя свойствата на метала. Металът става по-пластичен, по-малко твърд. Това е така, защото зърната стават по-големи и текстурата изчезва.

Разработка на урока (Бележки към урока)

Линия UMK A.V. Peryshkin. физика (7-9)

Внимание! Сайтът за администрация на сайта не носи отговорност за съдържанието методически разработки, както и за съответствие с разработването на Федералния държавен образователен стандарт.

клас: 7-ми клас.

Тема на урока:Структурата на материята. Молекула.

Целта на урока:Разгледайте въпросите за структурата на материята, структурата на молекулите.

Да формира у учениците нови начини на действие (умение да задават и отговарят на ефективни въпроси; обсъждане на проблемни ситуации в групи; способност да оценяват дейността си и знанията си).

Цели на урока:

Образователни:

• Да запознае учениците с първоначалната информация за структурата на материята.
• Определете материалността на предметите и предметите.
• Въведете нови понятия: "молекула", "атом".
• Да запознае учениците със свойствата на молекулите.
• Да формирате способност за анализиране, сравняване, пренасяне на знания в нови ситуации, планиране на дейностите си при изграждане на отговор, изпълнение на задачи и дейности за търсене.

Разработване:

• Да развият познавателния интерес на учениците,
• Разширете техните хоризонти, памет, въображение.
• Развийте способността за изграждане на независими изявления в устна речвъз основа на усвоения учебен материал.
• Развитие на логическото мислене.

Образователни:

• Формиране на научна картина на света и светоглед сред учениците,
• Създайте условия за положителна мотивация в изучаването на физика, като използвате разнообразни дейности, давайки интересна информация.
• Възпитавайте чувство на уважение към събеседника, индивидуална култура на общуване.

Тип урок:урок по изучаване на нов материал с помощта на мултимедийни технологии, презентации.

Оборудване:компютър, мултимедиен проектор, презентация „Структурата на материята. Молекула ”, учебник „Физика-7” А. П. Пьоришкин.

Лабораторно оборудване за демонстрация на експерименти:ябълка, нож, гумена топка (надут въздушен балон), модел на еластични пружини, две книги със страници, вложени една в друга, чаша вода, чаша вода, чаша цветна вода, чаша алкохол , затворена колба с дим,

Лабораторно оборудване за провеждане на експерименти на бюрото на студента:метална тел, листове за тетрадки, колба с вода, стъкло, оцветител, пластилин, гума, найлон.

Интердисциплинарни връзки: биология, история, математика, технологии.

Форми на работа: фронтални, групови, индивидуални.

Планиранорезултат

Лично UUD:

• формиране на отговорно отношение към ученето, готовност за саморазвитие и самообразование;
• формиране на комуникативна компетентност при общуване и сътрудничество с връстници.
• формирането на устойчива образователна и познавателна мотивация и интерес към ученето.

Регулаторен UUD:

• изпълнение на регулаторни действия на самонаблюдение, самоконтрол, самооценка по време на урока;
• формиране на способността да контролирате самостоятелно времето си и да го управлявате.

• самостоятелно поставят нови образователни цели и задачи;
• адекватно да оценят способността си да постигнат тази цел.

Комуникативно UUD:

• организиране и планиране на образователно сътрудничество с учителя и връстниците,
• използвайки адекватни езикови средства, за да покажат своите чувства, мисли, мотиви и нужди.
• изграждане на устни и писмени изказвания, в съответствие с поставената комуникативна задача;

Студентите ще имат възможност да научат:

• отчитат различни мнения и интереси и обосновават собствената си позиция; поемете водеща роля в организирането на съвместни действия;
• участват в колективно обсъждане на проблема.

Когнитивно UUD:изграждане на логически разсъждения, включително установяване на причинно-следствени връзки;

Студентите ще имат възможност да научат:

• поставят проблем, аргументират се за неговата уместност;
• търсят най-ефективните средства за постигане на поставената задача.

Технологична карта на урока

	Етап на урока	Учителска дейност	Студентски дейности	Резултат	Универсални учебни дейности
	Организационна	Организира дейности за подготовка за урока	готвач работно място	Готовност за урок	Лично UUD: Комуникативно UUD:умения за слушане
	Повторение на предварително заучен материал	Организира дейности за проверка на изучавания материал под формата на тест	Работят с тестов материал по предварително проучена тема.	Въпроси за тест за самопроверка.	Когнитивно UUD: Лично UUD:морална и етична оценка
	Поставяне на цели и мотивация	Създава проблемна ситуация, необходима за поставяне на образователна задача	Спомнете си какво знаят за изследваната тема Систематизирайте информацията Правете предположения Формулирайте: това, което искате да знаете	Формулиране от учениците на темата на урока и дефиниране на целите на урока	Когнитивно UUD:Анализирайте, работете самостоятелно
	Първично усвояване на нови знания ("откриване" на нови знания)	Организира експеримента и обсъждането на резултатите	Наблюдаване на експеримент, провеждане на собствени експерименти, излагане на хипотези, обсъждане, формулиране на заключения, коригиране	Направен опит, записани заключения; заключението за състоянието на материята се прави от самите ученици	Лично UUD:Способност да се ориентирате в социални роли и междуличностни отношения Регулаторен UUD: Определяне на последователността на междинните цели, като се вземе предвид крайният резултат; контрол на начина на действие и неговия резултат; извършване на необходимите допълнения и корекции Когнитивно UUD:Изготвяне на план и последователност от действия; прогнозиране на резултата и избор на най-ефективните начини за решаване на проблеми, в зависимост от специфични условия Комуникативно UUD:Планиране на образователното сътрудничество с учителя и връстниците, начини на взаимодействие; способността да изразяват своите мисли в съответствие със задачите и условията на общуване; владеене на монологични и диалогични форми на реч
	Първоначално тестване за разбиране	Организира фронтална проверка на разбирането на новия материал	Те отговарят на въпроси: за запазването на обема, формата, за прехода към друго състояние (ако е необходимо, обсъдете опциите за отговор в групи)	Разбиране на основни понятия и материал на урока	Когнитивно UUD: Комуникативно UUD:Способност да изразявате мислите си
	Първично затвърдяване на нови знания	Създава проблемна ситуация, която трябва да бъде разрешена въз основа на учебния материал, изучаван в урока	Те изпълняват задачата, запомнят, възпроизвеждат фрази в писмен вид, корелират с целевата настройка (ако е необходимо, обсъждат опциите за отговори в групи)	Чрез организиране на самостоятелна практическа работа студентите самостоятелно правят изводи и обясняват резултатите	Регулаторен UUD: Самоактивиране на мисловните процеси, контрол на коректността на сравнението на информацията, корекция на собствените разсъждения Когнитивно UUD:Самостоятелно създаване на начини за решаване на творчески проблеми Комуникативно UUD:Способност да изразявате мислите си
	Обобщаване на резултатите от урока (отражение на образователните знания)	Организира обсъждане на резултатите от урока	Работят с разпечатки, отговарят на въпроси (ако е необходимо, обсъждат варианти за отговори в групи). Формулирайте заключения за постигане на целта на урока	Формулиране на учениците: кои цели на урока са постигнати по време на урока	Лично UUD:Оценка на личната значимост на получената в урока информация от практическа гледна точка Когнитивно UUD:Способност за обобщаване, формулиране на заключение
	Информация за домашната работа, инструкции как да я попълните	Обявява D/Z: §§ 11-12; въпроси; работа с маса	Възприятие, осъзнаване D/C, запис	Писане от учениците D/C в дневници	Лично UUD:Оценка на нивото на сложност на D / Z при избора му за изпълнение от учениците самостоятелно Регулаторен UUD:Организация от учениците на образователната им дейност
	Отражение обучителни дейности	Моли учениците да изберат окончанията на фразите: Днес научих... Беше интересно… Беше трудно… Осъзнах че ... Научих… Бях изненадан ...	Изберете окончанията на фразата в съответствие със собствената си вътрешна оценка	Анализ на резултатите от собствената им дейност; идентифициране на съществуващи пропуски в знанията	Лично UUD:Способност да анализират резултатите от собствената си дейност; идентифициране на съществуващите пропуски в знанията. Регулаторен UUD:Организиране от учениците на учебната им дейност в зависимост от посочените пропуски в придобитите нови знания; способност за упражняване на самоконтрол и самочувствие

По време на занятията

I. Организационна част

(Поздрав, проверка на готовността за урока, емоционално настроение.)

Здравейте момчета! Поздравете се. И се радвам да ви приветствам в урока, в който ще продължим да отваряме страниците в познанието за света около нас. Напред ни чакат интересни открития... Готов? Да! Тогава да започваме...

II. Повторение на предварително заучен материал

Момчета, нека си спомним за какво говорихме в миналия урок.

Предлагам ви тест на тема: "Физични явления" (въпросите са отпечатани на таблиците на учениците, учениците отговарят писмено, със самопроверка)

1. Кое от изброените е физическо тяло?

1. лъжица
2. камък
3. слънце
4. дъжд
5. хартия
6. ураган.

2. Кое от изброените е вещество?

1. хартия
2. дърво
3. желязо
4. молив
5. въже
6. въздух
7. химикалка
8. стъклена чаша.

3. Кои думи означават физически величини?

1. скорост
2. владетел.

4. Кои явления са механични?

1. Полет на птица
2. слънчева радиация
3. падащи дъждовни капки

5. Кои явления са физически?

1. дъга
2. пожълтели листа
3. падащи дъждовни капки.

III. Поставяне на цели и мотивация

Дълго време човекът се опитва да обясни явленията, случващи се в природата, да опознае не само чуваемото, но и нечуваното, не само видимото, но и невидимото.

Всички знаем, че водата може да бъде течна (това е нейното естествено състояние), и твърда - лед (при температури под 0°C), и газообразна - водна пара (слайд № 1). Различни ли са свойствата на водата, леда и водната пара? Може би някой се затрудни да отговори. Ето защо, разгледайте друг пример: диамант и графит, две тела, състоящи се от въглерод (слайд номер 2). Различават ли се свойствата им? Разбира се, графитът лесно се ексфолира - оловото на молив е доказателство за това, диамантът е една от най-твърдите скали. Как може да се обясни тази разлика?

Много добре! За да се отговори на този въпрос, както и на много други, е необходимо да се знае вътрешната "структура" на телата.

Каква според вас е темата на урока, който ни „очаква“ днес?

Тема на урока: Структурата на материята. Молекули и атоми.

Цел, което си поставяме днес: да добием представа за вътрешната структура на материята, да отговорим на въпроси

• Как да докажем, че всички вещества са съставени от частици?
• Какви размери и маси се определят от частиците на материята?
• Защо частиците, които съставляват веществото, не се виждат?
• Защо твърдите тела, направени от частици, изглеждат твърди?

Отворете работните си тетрадки и запишете темата за днешния урок „Структурата на материята. Молекули и атоми“ (слайд № 3)

IV. Първично усвояване на нови знания

Вярвате или не, човечеството си задава въпроси за вътрешната „структура“ на телата от древни времена. Легендата разказва, че в Древна Гърцияпрез IV-V век пр.н.е ученият Демокрит (слайд № 4), държейки ябълка в ръката си, си помислил: колко пъти може да се нарязва една ябълка на парчета?

Точно така, разделянето на ябълката може да стане на някаква малка част. Тази малка и неделима част Демокрит нарича атом, което в превод от древния Гръцкитака се превежда "неделим". Учените от 18-ти век продължават да изучават структурата на материята. Но от древни времена до наши дни твърдението за структурата на материята е едно от най-верните и значими за изучаването на топлинни, електрически и квантови явления. Как можем ти и аз да формулираме това твърдение.

правилно. Всички вещества са изградени от малки частици – молекули.

Момчета, моля, вземете лист номер 1 "Структурата на материята"

Вашата цел: по време на урока попълнете тази таблица. Записваме първото твърдение. Сега нека помислим как може да се докаже това твърдение. Има два начина: директен (слайд номер 5) и експериментален (слайд номер 6). В Древна Гърция не е имало микроскопи, ние също нямаме микроскопи и не във всяка физическа лабораторияима такова оборудване, така че ще използваме втория метод за доказване на съществуването на молекули.

Мога да демонстрирам следния опит: експеримент с чаши с малък обем вода и чаша оцветена вода. При наливане на вода от чаша в чаша № 1, от чаша № 1 в чаша 2, от чаша № 2 в чаша № 3. Наблюдаваме, че водата в чашите е оцветена, въпреки че не толкова ярко като в стъклото.

Сега погледнете оборудването, което имате на бюрото си, и помислете кое от това оборудване бихте могли да използвате, за да докажете първото твърдение. Мисли, обсъдени по двойки, направено, записани в таблицата .

Много добре! Светът на молекулите е уникален и невероятен. Ето още един опит (слайд 7). Налейте 100 ml вода в едната чаша, а 100 ml оцветен алкохол в другата. Изсипете течността от тези чаши в третата (вижте снимката). Изненадващо, обемът на сместа ще се окаже не 200 ml, а по-малко: 190 ml. В този случай обаче масата на сместа е точно равна на сумата от масите вода и алкохол. (В експеримента алкохолът може да бъде заменен с рафинирана захар.)

Защо се случва това?

Или балонът може да се изстиска без особени затруднения. Защо?

Между молекулите има празнини. Запишете второто твърдение в таблицата. Погледнете оборудването, което имате на бюрото си, и помислете кое оборудване бихте могли да използвате, за да докажете второто твърдение. Мисли, обсъдени по двойки, направено, записани в таблицата

Заключение: всички вещества са съставени от молекули и между молекулите има празнини! Но ние виждаме всички тела като твърди. (слайд 8) Факт е, че молекулите са толкова малки, че оптичната сила на окото не е достатъчна, за да види молекулите. Експериментът ще помогне за определяне на размера на молекулите. (слайд № 9) Размер на маслената молекула

d = 1,6 · 10 -9 m = 1,6 nm ( нанометър).

Въпреки малкия си размер, молекулите се състоят от още по-малки частици – атоми. Например, най-малката частица вода е водна молекула. (слайд 10) Състои се от три атома: два Н атома - водород и един О атом - кислород. Познанията за атомите днес в науката правят възможно създаването не само на автомобили или електрически превозни средства, но и на наномобили. (слайд номер 11)

Учените са доказали, че молекулите на различните вещества са различни една от друга, а молекулите на едно и също вещество са еднакви. Молекулите на водата са еднакви, въглеродните молекули в графита и диаманта са еднакви. На въпроса: защо свойствата на тези тела се различават, ще отговорим с вас в следващите ни уроци ...

V. Първоначална проверка на разбирането

Оставаме с незапълнена последната колона на таблицата. Помислете какво би се случило, ако нямаше молекули? Какво би се случило, ако няма празнини между молекулите?

Мисли, обсъдени по двойки, записани в таблица .

Момчета, моля, станете, които напълно се справихте с тази задача.

Vi. Физическо възпитание

Упражнения за облекчаване на мускулното напрежение. Игра "Молекули". По време на играта децата се разделят на групи по 1, 2, 3 и т.н. човек.

VII. Първично затвърдяване на нови знания

Видео въпрос " Топлинно разширениетвърдо "(слайд номер 12)

Гледайте видео със заглушаване. Децата са поканени да отговорят на въпросите: Какво ще се случи след това? (видеото спира в момента, в който топката се загрее); Коментирайте видеото.

Мисли, обсъждани по двойки .

VIII. Резюме на урока

„Ако исках да чета, без да знам буквите, това би било глупост. По същия начин, ако исках да съдя за природните явления, без да имам представа за началото на нещата, това би било същата глупост." Тези думи принадлежат на руския учен М. В. Ломоносов.

Нека обобщим урока. За целта ще изпълним следните задачи:

Днес познанията за молекулите на материята са в основата на атомните и ядрена физика, което направи възможно разработването на нано технологии.(слайд номер 15) В следващите уроци ще продължим да изучаваме характеристиките на молекулите и ще можем да отговорим на въпросите: защо се състоят вода, водна пара и лед (диамант и графит) от едни и същи молекули, но имат различни свойства, поради което разпространяват миризми и цветни течности. И ще можем да попълним напълно таблица номер 1.

IX. Информация за домашната работа, инструкции как да я попълните

Домашна задача:

1. параграфи 7-8; въпроси;
2. съобщение по темата " Интересни фактиза молекулите”.

X. Отражение

В хода на нашия урок вие се показахте като наблюдателни експериментатори, способни не само да забелязвате всичко ново и интересно около вас, но и самостоятелно да провеждате научни изследвания.

Нашият урок приключи. Нека да отговорим на въпроса: "Какво ви хареса в урока?"

Благодаря момчета за съвместна работа... Радвах се да се запозная. Ще се видим!

Назад напред

Внимание! ВизуализацияСлайдовете се използват само за информационни цели и може да не дават представа за всички възможности на презентацията. Ако се интересувате от тази работамоля, изтеглете пълната версия.

Урок по физика в 7 клас на тема „Структурата на материята. Молекули и атоми ”на базата на системно-деятелния подход, като методологическа основа на Федералния държавен образователен стандарт, с прилагането на технологичната карта на урока (приложение 4)

Целта на урока:Разглеждане на въпроси за структурата на материята, структурата на молекулите, формирането на обективна необходимост от изучаване на нов материал.

образователен:

• да формират способност за анализиране, сравняване, пренасяне на знания в нови ситуации, планиране на дейностите си при конструиране на отговор, изпълнение на задачи и дейности за търсене.

развиващи се:

• развиват способността за изграждане на самостоятелни изказвания в устната реч на базата на усвоения учебен материал, развитието на логическото мислене.

образователен:

• създават условия за положителна мотивация в изучаването на физика, като се използват различни методи на дейност,
• предоставяне на интересна информация; възпитават чувство на уважение към събеседника, индивидуална култура на общуване.

Тип урок: урок „откриване“ на нови знания.

Методи на обучение: евристични, обяснително-илюстративни, проблемни, демонстрационни и практически задачи, решаване на проблема с физическото съдържание.

Техническо оборудване: компютър с достъп до Интернет, проектор, екран.

Лабораторно оборудване за демонстрация на опити на учителската маса: ябълка, нож, гумена топка (надут въздушен балон), модел на еластични пружини, две книги със страници, вложени една в друга, чаша с вода, чаша вода , чаша цветна вода, чаша с алкохол , затворена колба с дим,

Лабораторно оборудване за провеждане на експерименти на бюрото на учениците: метална тел, листове за тетрадки, колба с вода, чаша, боя, пластилин, гума, найлон

Структури на преподаване, използвани в урока (структури на Сингапурската програма „Трансформация на обучението за 21-ви век“):

• Сингъл Рели Робин - мислене - обсъждане - правене - запис;
• Zoom Ying е основният тест за знания;

Действителни въпроси:

• Генеративни (включване в процеса на познание);
• Конструктивни (изграждане на нови знания);
• Улесняване (развиване на собствено мислене);
• Изходен билет (отражение на образователни действия);
• Take Of - Touch Down (за информация относно качеството на заданията в клас) /изправете се - седнете/.

ПЛАН НА УРОКА:

1. Организационен момент (1 мин.);
2. Етапът на поставяне на целта и задачата на урока (4 мин.);
3. Етап на получаване на нови знания (8 мин.);
4. Етап на изследователска работа на студенти (15 мин.);
5. Етап на обобщаване и консолидиране на нов материал (13 мин.);
6. Крайният етап: домашна работа, резултати от урока (2 мин.);
7. Рефлексия (2 мин.).

ПО ВРЕМЕ НА УРОКИТЕ

аз Организационна част (поздрав, проверка на готовността за урока, емоционално настроение)

Здравейте момчета! Поздравете се. И се радвам да ви приветствам в урока, в който ще продължим да отваряме страниците в познанието за света около нас. Очакват ни интересни открития. Готов? Да! Тогава да започваме...

II. Поставяне на цели и мотивация

Дълго време човекът се опитва да обясни явленията, случващи се в природата, да опознае не само чуваемото, но и нечуваното, не само видимото, но и невидимото.

Всички знаем, че водата може да бъде течна (това е нейното естествено състояние), и твърда - лед (при температури под 0°C), и газообразна - водна пара (слайд № 1). Различни ли са свойствата на водата, леда и водната пара? Може би някой се затрудни да отговори. Ето защо, разгледайте друг пример: диамант и графит, две тела, състоящи се от въглерод (слайд номер 2). Различават ли се свойствата им? Разбира се, графитът лесно се ексфолира - оловото на молив е доказателство за това, диамантът е една от най-твърдите скали. Как може да се обясни тази разлика?

Много добре! За да се отговори на този въпрос, както и на много други, е необходимо да се знае вътрешната "структура" на телата.

Каква според вас е темата на урока, който ни „очаква“ днес?

Тема на урока: Структурата на материята. Молекули и атоми.

Целта, която си поставяме днес, е да добием представа за вътрешната структура на веществото, да отговорим на въпроси

3. Защо частиците, които съставляват веществото, не се виждат?

4. Защо твърдите тела, направени от частици, изглеждат твърди?

Отворете работните си тетрадки и запишете темата за днешния урок „Структурата на материята. Молекули и атоми“ (слайд № 3)

III. Първично усвояване на нови знания

Вярвате или не, човечеството си задава въпроси за вътрешната „структура“ на телата от древни времена. Легендата разказва, че в Древна Гърция в IV-V векпр.н.е. ученият Демокрит (слайд № 4), държейки ябълка в ръката си, си помислил: колко пъти може да се нарязва една ябълка на парчета? (Мощни генеративни въпроси)

Точно така, разделянето на ябълката може да стане на някаква малка част. Демокрит нарече тази малка и неделима част атом, което се превежда от древногръцкия език като „неделима“. Учените от 18-ти век продължават да изучават структурата на материята. Но от древни времена до наши дни твърдението за структурата на материята е едно от най-верните и значими за изучаването на топлинни, електрически и квантови явления. Как можем ти и аз да формулираме това твърдение.

правилно. Всички вещества са изградени от малки частици – молекули.

Момчета, моля, вземете лист номер 1 "Структурата на материята" (Приложение 1)... Вашата цел: по време на урока попълнете тази таблица. Записваме първото твърдение. Сега нека помислим как може да се докаже това твърдение. Има два начина: директен (слайд номер 5) и експериментален (слайд номер 6). В Древна Гърция не е имало микроскопи, нито вие, нито аз, и не всяка физическа лаборатория разполага с такова оборудване, така че ще използваме втория метод за доказване на съществуването на молекули.

Мога да демонстрирам следния опит: експеримент с чаши с малък обем вода и чаша оцветена вода. При наливане на вода от чаша в чаша № 1, от чаша № 1 в чаша 2, от чаша № 2 в чаша № 3. Наблюдаваме, че водата в чашите е оцветена, въпреки че не толкова ярко като в стъклото.

Сега погледнете оборудването, което имате на бюрото си, и помислете кое от това оборудване бихте могли да използвате, за да докажете първото твърдение. Мисли, обсъдени по двойки, направено, записани в таблицата ... (Сингал Рели Робин: учителят пита ученика какво му е казал партньорът му на рамото)

Много добре! Светът на молекулите е уникален и невероятен. Ето още един опит (слайд 7). Налейте 100 ml вода в едната чаша, а 100 ml оцветен алкохол в другата. Изсипете течността от тези чаши в третата (вижте снимката). Изненадващо, обемът на сместа ще се окаже не 200 ml, а по-малко: 190 ml. В този случай обаче масата на сместа е точно равна на сумата от масите вода и алкохол. / В експеримента алкохолът може да се замени с рафинирана захар /

Защо се случва това? (Полезни конструктивни въпроси)

Или балонът може да се изстиска без особени затруднения. Защо?

Между молекулите има празнини. Запишете второто твърдение в таблицата. Погледнете оборудването, което имате на бюрото си, и помислете кое оборудване бихте могли да използвате, за да докажете второто твърдение. Мисли, обсъдени по двойки, направено, записани в таблицата (Сингал Рели Робин: учителят пита ученика какво му е казал партньорът му на рамото)

Заключение: всички вещества са съставени от молекули и между молекулите има празнини! Но ние виждаме всички тела като твърди. (слайд 8) Факт е, че молекулите са толкова малки, че оптичната сила на окото не е достатъчна, за да види молекулите. Експериментът ще помогне за определяне на размера на молекулите. (слайд № 9) Размерът на маслената молекула d = 1,6 * 10 -9 m = 1,6 nm ( нанометър).

Въпреки малкия си размер, молекулите се състоят от още по-малки частици – атоми. Например, най-малката частица вода е водна молекула. (слайд 10) Състои се от три атома: два Н атома - водород и един О атом - кислород. Познанията за атомите днес в науката правят възможно създаването не само на автомобили или електрически превозни средства, но и на наномобили. (слайд номер 11)

Учените са доказали, че молекулите на различните вещества са различни една от друга, а молекулите на едно и също вещество са еднакви. Молекулите на водата са еднакви (слайд 12), въглеродните молекули в графита и диаманта са еднакви (слайд 13). На въпроса: защо свойствата на тези тела се различават, ще отговорим с вас в следващите ни уроци ...

IV. Първоначално тестване за разбиране

Оставаме с незапълнена последната колона на таблицата. Помислете какво би се случило, ако нямаше молекули? Какво би се случило, ако няма празнини между молекулите? (Улесняващи въпроси за действие)

Мисли, обсъдени по двойки, записани в таблица ... (Сингъл Рели Робин)

Момчета, моля, станете, които напълно се справихте с тази задача. ( Take - Of - Touch Down). Благодаря!

V. Физическо възпитание: упражнения за облекчаване на мускулното напрежение

Vi. Първично затвърждаване на нови знания: Видео въпрос "Термично разширение на твърдо тяло" http://class-fizika.narod.ru/vid.htm (слайд номер 14)

Гледайте видео със заглушаване. Децата са поканени да отговорят на въпросите: Какво ще се случи след това? (видеото спира в момента, в който топката се загрее); Коментирайте видеото. (Увеличавам)

Мисли, обсъждани по двойки ... (Сингал Рели Робин: учителят пита ученика какво мисли, как самият той е отговорил)

VII. Резюме на урока

„Ако исках да чета, без да знам буквите, това би било глупост. По същия начин, ако исках да съдя за природните явления, без да имам представа за началото на нещата, това би било същата глупост." Тези думи принадлежат на руския учен М. В. Ломоносов.

Нека обобщим урока. За целта ще изпълним следните задачи: (Приложение 2) отразяване на образователните знания.(слайд номер 15-16)

Днес знанията за молекулите на материята са положени в основата на атомната и ядрената физика, което направи възможно разработването на нано технологии.(Слайд номер 17) В следващите уроци ще продължим да изучаваме характеристиките на молекулите и ще можем да отговорете на въпросите: защо водата, водната пара и ледът (диамант и графит) се състоят от едни и същи молекули, но свойствата са различни, защо миризмите се разпространяват и течностите се оцветяват. И ще можем да попълним напълно таблица номер 1.

VIII. Информация за домашната работа, инструкции как да я попълните

Домашна задача:

- параграфи 7-8; въпроси;

- кръстословица - обратното;

- съобщение на тема „Интересни факти за молекулите“.

IX. Отражение

В хода на нашия урок вие се показахте като наблюдателни експериментатори, способни не само да забелязвате всичко ново и интересно около вас, но и самостоятелно да провеждате научни изследвания.

Нашият урок приключи. Нека да отговорим на въпроса: „Какво ви хареса в урока?“. Отражение на образователните дейности (Приложение 3) .

Благодаря ви момчета, че работите заедно. Радвах се да се запозная. Ще се видим!

Използвани книги

1. Формиране на универсални образователни действия в основното училище: от действие към мисъл. Система от задачи: ръководство за учителя / (A.G. Asmolov, G.V. Burmenskaya, I.A. Volodarskaya и др.) изд. A.G. Асмолова. - 2-ро изд. - М .: Образование, 2011.

2. Технология за изготвяне на урок в съвременна образователна среда: ръководство за общообразователни учители. институции / Е.В. Чернобай. - М .: Образование, 2012. - (Работим по нови стандарти).

3. Разумовски В.Г., Майер В.В. Проблеми на федералния държавен образователен стандарт и научната грамотност на учениците или нов образователен стандарт в действие: преподаване и възпитание на творчески мислеща личност в уроците по физика. // Физика в училище. - 2012. - бр.5.

4. Найденов А.М. Новите образователни стандарти като средство за развитие на учениците. // Физика в училище. - 2012. - бр.5

5. Фещенко Т.С., Чурилов В.И. Научете се да работите по нови стандарти. Новото качество на работата на учителя е новият успех на ученика. // Физика. Всичко за учителя. - 2012. - бр.6.

6. Я. И. Перелман. Забавна физика: книга 1. - Москва: Издателство AST, 2001.

7. А.В. Перушкин. Физика. 7 клас: Учебник за учебни заведения. - М .: „Дроша“, 2008 г.

Колко малки са най-малките частици материя? Има ли разлика между молекулите на едно и също вещество? Можете ли да преброите молекулите в щифтова глава? Ще обсъдим тези и други въпроси по-подробно и заедно ще намерим отговорите.

1. Правете разлика между атом и молекула

От предишния курс "Природни науки" вече знаете, че всички вещества са съставени от малки частици - молекули и атоми. Знаете също, че първичните съставни части на материята – атомите – имат специални имена и символи за обозначаване на всеки от видовете атоми. Например: водород (H), живак (Hg), кислород (O), въглерод (C). атоми различни видовесе различават един от друг по своите химични свойства и тегло. Вече се запознахте с физическата величина, наречена "маса" в § 9. Какво представляват "химичните свойства", ще научите от курса по химия.

Към 2005 г. науката познава само 116 различни вида атоми. „Не може да бъде“, спорите вие. „Как е, само 116? Всеки от нас може лесно да изброи 200-300, а може би и повече различни вещества." Да, наистина, в света има милиони различни вещества. Как да комбинираме съществуването на само 116 различни вида атоми с милиони различни вещества? Факт е, че веществата са съставени предимно от молекули.

Ориз. 2.11. Модели на молекули на някои вещества: а - метан (CH 4); b - сярна киселина (H2SO4); c - вода (H2O). (Сините топки - водородни атоми, червени - кислород, зелени - сяра, жълти - въглерод.)

Молекулата е най-малката частица от вещество, която има своите основни химични свойства и се състои от атоми.

Ситуацията с различните вещества е много подобна на съставянето на хиляди различни думи от „само“ 32 различни букви от азбуката. При това сравнение всяка буква е, така да се каже, отделен атом и всяка дума съответства на молекула, т.е. определено вещество.

На фиг. 2.11 и виждате схематично представяне на молекула на метан, състояща се от пет атома: четири водородни атома и един въглероден атом. За да използваме нашата аналогия, това е петбуквена дума. На фиг. 2.11, b показва диаграма на по-сложна молекула на сярна киселина, състояща се от седем атома. Аналогът на тази молекула е дума от седем букви. От дадените примери става ясно, че всяка нова молекула (нова комбинация от атоми) съответства на ново вещество.

2. Запознаване с прости и сложни вещества

Нека продължим нашата аналогия за сравняване на вещества с думи. Вероятно знаете, че до обикновени думи, състоящи се от няколко различни букви, ние понякога произнасяме думи, използвайки само една буква (например "аз", "ах ...", "оо-оо...") ... Същото е и с веществата. Някои от тях се състоят само от един вид атоми (един химичен елемент) и затова се наричат ​​прости (виж фиг. 2.12). Примери за такива вещества са въглерод, желязо и др.

Съвсем очевидно е, че има много повече думи с няколко букви, отколкото думи с една буква. Така е и с веществата. Най-често в Ежедневиетосме изправени пред вещества, чиито молекули са съставени от атоми от няколко различни типа. Тези вещества се наричат ​​комплексни (виж фиг. 2.11).

• Контролни въпроси

1. Колко различни вида атоми са известни на науката? Как се различават един от друг?

2. Кои вещества се наричат ​​прости? Дай примери.

3. Дайте примери за някои сложни вещества... От какви атоми са изградени?

4. Как можете да докажете, че между частиците на веществото има празнини?

5. Как да покажем, че атомите и молекулите са много малки?

6. В превод от гръцки език "атом" означава "неделим". Така е?

• Упражнения

1. Можем ли да твърдим, че обемът на веществото в съд е равен на сбора от обемите на молекулите, от които се състои това вещество?
2. Можем ли да променим обема на тялото, без да променяме броя на молекулите в него? Как да го направим?
3. Известно е, че при едни и същи условия различните газове в един и същи обем съдържат еднакъв брой молекули, а плътността на газовете е различна. Как можете да обясните несъответствието в плътността на газовете?
4. Изчислете приблизителния брой молекули, които могат да бъдат поставени по дължината на сегмента от 0,5 mm. Помислете за диаметъра на молекулата, равен на 0,0000000001 m.
5. Известно е, че нашата Галактика млечен пътима около 9 милиарда звезди. Колко пъти броят на молекулите в 1 cm 3 въздух, равен (при нормални условия) 3 10 10, повече от посочения брой звезди?
6 * Площта на филма, който се образува върху повърхността на водата от капка масло с обем 0,005 mm 3, не може да надвишава 50 cm 2. Какъв извод за размера на маслените молекули следва от този факт?

• Експериментални задачи

1. Разтворете зрънце боя във вода в прозрачен съд. Изсипете малко оцветена вода в друг съд и добавете чиста вода. Сравнете цвета на разтвора в първия и втория съд. Разредете разтвора още няколко пъти по същия начин. Сравнете цвета на последния разтвор с чиста вода. Обяснете резултата.

2. Направете модели на две водни молекули от цветен пластилин. Съставете модели на водородни и кислородни молекули от тези модели.

• Физика и технологии в Украйна

Георги Вячеславович Курдюмов (1902-1996)- изключителен физик по метали, професор, академик на руската и украинската академия на науките. Дълго време работи в Днепропетровск и Киев, където създава модерни научни школивърху изучаването на физиката на металите и сплавите.

Най-важните резултати от него научни дейностиот практическа гледна точка това беше създаването на научни основи за термична обработка на метали - средства за значително укрепване на стоманите - и създаването на нови материали с уникални свойства.

Академик Кърдюмов е известен и с фундаменталните си изследвания върху кристалната структура на стоманите и откриването на т. нар. „ефект на Кърдюмов“.

Президиумът на HAH Украйна им връчи награда. Г. В. Курдюмова.

Физика. 7 клас: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X .: ИК Ранок, 2007. - 192 с.: ил.

Съдържание на урока план на урока и опорна рамка презентация на урока интерактивни технологии ускорителни методи на преподаване Практика тестове, онлайн тестови задачи и упражнения домашни работи работилници и обучителни въпроси за дискусия в клас Илюстрации видео и аудио материали снимки, картини, графики, таблици, диаграми комикси, притчи, поговорки, кръстословици, анекдоти, вицове, цитати Добавки резюмета cheat sheets чипове за любопитни статии (MAN) литература основен и допълнителен речник на термините Подобряване на учебниците и уроците коригиране на грешки в учебника, замяна на остарели знания с нови Само за учители календарни планове учебни програминасоки

Веществата започнаха активно да се изучават от Ломоносов. Руският учен е първият, който прилага теорията в химията, чиято същност се свежда до определени положения.

1. Всички вещества включват "тела" в състава си. Този термин Ломоносов нарича молекули.
2. Корпускулите са изградени от "елементи". Ломоносов използва този термин за обозначаване на атоми.
3. Всички частици (както атоми, така и молекули) се движат непрекъснато. Термично състояниена всички тела е резултат от движението на съставните им частици.
4. Еднаквите атоми изграждат молекули в различни атоми - молекули в сложни вещества.

По-късно Далтън прилага атомната доктрина. Основата на теорията на английския учен, която характеризира структурата на материята, повтаря теорията на Ломоносов. Далтън обаче го разработи донякъде. Английски учен се опитал да определи атомните маси на елементите, известни по това време. В същото време Далтън отрече това прости веществамолекули, като се твърди, че простото вещество съдържа само атоми. Докато сложните елементи включват "сложни атоми".

Доктрината за атомно-молекулярната структура на веществата е окончателно установена едва в средата на 19 век.

Най-малката частица от веществото се нарича молекула. Той има всички химични свойства на елемента. Атомът е най-малката частица, включена в молекулите на сложни и прости вещества. Съставът на атома определя химичните свойства на елементите. Съгласно тази разпоредба следва съвременна дефинициянай-малката частица. По този начин атомът е електрически неутрална частица. Състои се от положително заредено ядро ​​и отрицателно заредени електрони.

В съответствие със съвременните концепции, молекулите изграждат парни и газообразни тела. В твърдите тела присъстват най-малките частици (молекули), при условие че има кристална решетка, която от своя страна,

Има няколко основни учения.

Теорията, обясняваща структурата на материята, показва наличието на определени празнини между частиците. Размерите на тези разстояния зависят от температурата и обекта. Най-големите пролуки между молекулите се наблюдават в газообразните тела. Това определя способността на газовете да се компресират лесно. Разстоянието между молекулите в течностите е много по-малко, така че те са по-трудни за компресиране. Твърдите вещества практически не се поддават на компресия, поради факта, че пролуките между частиците са малки.

Молекулите са постоянно в движение. Колкото по-високо, толкова по-висока е скоростта на движение. Между частиците съществуват сили на взаимно отблъскване и привличане.

Един вид атом се различава от друг по свойства и маса.

Веществата с молекулярна структура в твърда форма имат възли кристални решеткикоито включват молекули. Връзките между частиците са слаби и се разрушават при нагряване. Следователно такива тела имат ниски точки на топене.

Телата могат да имат различна структура. Веществата могат да се състоят от атоми и други частици, които съставляват възлите на кристалните решетки (например в желязо, други метали). Между тези частици има много силни връзки. Отнема много енергия, за да ги унищожи. Тази структура на материята предполага висока температуратопене.

Много явления се обясняват на базата на учението. Например дифузия. въз основа на способността на частиците, молекулите, атомите да проникват в пролуките между атомите или молекулите в друго вещество. Това от своя страна е възможно поради постоянно движениечастици, които изграждат тялото.