Molekyler är uppbyggda av atomer. Atomer är bundna till molekyler av krafter som kallas kemiska krafter.

Det finns molekyler som består av två, tre, fyra atomer. De största molekylerna - proteinmolekyler - består av tiotals och till och med hundratusentals atomer.

Molekylernas rike är extremt skiftande. Redan har kemister isolerat från naturliga ämnen och skapat i laboratorier miljontals ämnen byggda från olika molekyler.

Molekylernas egenskaper bestäms inte bara av hur många atomer av ett eller annat slag som deltar i deras konstruktion, utan också av i vilken ordning och konfiguration de är anslutna. En molekyl är inte en hög med tegelstenar, utan en komplex arkitektonisk struktur, där varje tegelsten har sin plats och sina väldefinierade grannar. Atomstrukturen som utgör en molekyl kan vara mer eller mindre stel. I vilket fall som helst svänger var och en av atomerna runt sin jämviktsposition. I vissa fall kan vissa delar av molekylen rotera i förhållande till andra delar, vilket ger den fria molekylen i processen att termisk rörelse olika och mest bisarra konfigurationer.

Låt oss undersöka mer i detalj samspelet mellan atomer. På fig. 2.1 visar den potentiella energikurvan för en diatomisk molekyl. Den har ett karakteristiskt utseende - först går den ner, böjer sig sedan och bildar en "grop", och närmar sig sedan långsammare den horisontella axeln, längs vilken avståndet mellan atomerna plottas.

Ris. 2.1

Vi vet att det tillstånd där den potentiella energin har det minsta värdet är stabilt. När en atom är en del av en molekyl "sitter" den i en potentiell brunn och gör små termiska vibrationer runt jämviktspositionen.

Avståndet från den vertikala axeln till botten av brunnen kan kallas för jämvikt. På detta avstånd skulle atomer slå sig ner om den termiska rörelsen upphörde.

Den potentiella energikurvan berättar alla detaljer om interaktionen mellan atomer. Partiklar attraheras eller stöts bort på ett visst avstånd, interaktionskraften ökar eller minskar när partiklarna rör sig bort eller närmar sig varandra - all denna information kan erhållas från analysen av den potentiella energikurvan. Punkter till vänster om "botten" motsvarar repulsion. Tvärtom kännetecknar delar av kurvan till höger om brunnens botten attraktion. Kurvans branthet ger också viktig information: ju brantare kurvan är, desto större kraft.

Eftersom de befinner sig på stora avstånd, attraheras atomer till varandra; denna kraft minskar ganska snabbt när avståndet mellan dem ökar. När man närmar sig ökar attraktionskraften och når sitt maximala värde även när atomerna kommer mycket nära varandra. Med ännu större närmande försvagas attraktionen och slutligen, på ett jämviktsavstånd, försvinner interaktionskraften. När atomerna närmar sig varandra på ett mindre avstånd än jämviktsavståndet uppstår frånstötande krafter som växer mycket kraftigt och snabbt gör det praktiskt taget omöjligt att ytterligare minska avståndet mellan atomerna.

Jämviktsavstånd (nedan kommer vi att tala kort - avstånd) mellan atomer är olika för olika typer av atomer.

För olika par av atomer är inte bara avstånden från den vertikala axeln till brunnens botten olika, utan också brunnarnas djup.

Gropens djup har en enkel betydelse: för att rulla ut ur gropen behöver du energi precis lika med djupet. Därför kan brunnens djup kallas partiklars bindningsenergi.

Avstånden mellan molekylernas atomer är så små att det för deras mätning är nödvändigt att välja lämpliga enheter, annars skulle det vara nödvändigt att uttrycka deras värden, till exempel i denna form: 0,000000012 cm. Detta är siffran för syret molekyl.

Enheter som är särskilt bekväma för att beskriva atomvärlden kallas ångström (även om namnet på den svenska forskaren, vars namn dessa enheter heter, är korrekt läst Ongström; för att påminna om detta placeras en cirkel ovanför bokstaven A):

dvs en hundra miljondels centimeter.

Avstånden mellan molekylernas atomer ligger i intervallet från 1 till 4A. Jämviktsavståndet för syre skrivet ovan är 1,2 A.

Interatomiska avstånd, som du kan se, är mycket små. Om du omger jordklotet med ett rep vid ekvatorn, kommer längden på "bältet" att vara lika många gånger större än bredden på din handflata, lika många gånger är handflatans bredd större än avståndet mellan atomerna i molekylen.

För att mäta bindningsenergin används vanligtvis kalorier, men de är inte relaterade till en molekyl, vilket naturligtvis skulle ge en obetydlig siffra, utan till en mol, d.v.s. till N A-molekyler.

Det är tydligt att bindningsenergin per mol, om den divideras med Avogadro-talet N A =6,023*10 23 mol -1, kommer att ge bindningsenergin för en molekyl.

Bindningsenergin hos atomer i en molekyl, såväl som interatomära avstånd, varierar inom obetydliga gränser.

För samma syre är bindningsenergin 116 000 cal/mol, för väte 103 000 cal/mol osv.

Vi har redan sagt att atomerna i molekyler är ordnade på ett ganska bestämt sätt den ena i förhållande till den andra och bildas i svåra fall mycket intrikata byggnader.

Låt oss ta några enkla exempel.

Ris. 2.2

I CO 2 (koldioxid)-molekylen är alla tre atomerna ordnade i en rad - kolatomen är i mitten. Vattenmolekylen H 2 0 har en hörnform, vinkelns spets (den är lika med 105 °) är en syreatom.

I ammoniakmolekylen NH 3 är kväveatomen i toppen av den trihedriska pyramiden; i metanmolekylen CH 4 är kolatomen belägen i mitten av en tetraedrisk figur med lika sidor, som kallas en tetraeder.

Ris. 2.3

Kolatomerna i bensen C 6 H 6 bildar en regelbunden hexagon. Bindningarna av kolatomer med väte kommer från alla hörn av hexagonen. Alla atomer är i samma plan.

Layouterna för dessa molekylers atomcentra visas i Fig. 2.2 och 2.3. Linjerna representerar kopplingar.

En kemisk reaktion har ägt rum; det fanns molekyler av ett slag, andra bildades. Vissa band bryts, andra återskapas. För att bryta bindningarna mellan atomer - kom ihåg bilden - måste du lägga ner samma arbete som när du rullar en boll ur en grop. Tvärtom, när nya bindningar bildas frigörs energi - bollen rullar in i hålet.

Vad är mer, brytningsarbetet eller skapelsearbetet? I naturen möter vi båda typerna av reaktioner.

Överskottet av energi kallas den termiska effekten eller på annat sätt - värmen av omvandling (reaktion). De termiska effekterna av reaktioner är för det mesta värden i storleksordningen tiotusentals kalorier per mol. Mycket ofta ingår den termiska effekten som en term i reaktionsformeln.

Till exempel skrivs förbränningsreaktionen av kol (i form av grafit), det vill säga dess kombination med syre, enligt följande:

Det betyder att när kol kombineras med syre frigörs 94 250 kalorier energi. Summan av de inre energierna för en mol kol och en mol syre i grafit är inre energi be koldioxid plus 94 250 kalorier.

Således har sådana poster en tydlig innebörd av de algebraiska likheterna skrivna för värdena för intern energi.

Dessa ekvationer kan användas för att hitta termiska effekter transformationer för vilka direkta mätmetoder av en eller annan anledning inte är lämpliga. Här är ett exempel: om kol (grafit) kombinerades med väte, skulle acetylengas bildas:

Reaktionen går inte så. Ändå kan man hitta dess termiska effekt. Låt oss skriva tre välkända reaktioner -

koloxidation:

väteoxidation:

acetylenoxidation:

Alla dessa likheter kan betraktas som ekvationer för molekylernas bindningsenergier. Om så är fallet kan de opereras som algebraiska likheter. Subtraherar vi de två översta från de nedre får vi

Det betyder att omvandlingen vi är intresserade av åtföljs av absorptionen av 56 000 kalorier per mol.

Fysikaliska och kemiska molekyler

Innan forskarna hade en detaljerad förståelse av materiens struktur gjordes ingen sådan distinktion. En molekyl är en molekyl, det vill säga den minsta representanten för ett ämne. Det verkar som att detta säger allt. Så är dock inte fallet.

Molekylerna vi just har pratat om är molekyler i båda betydelserna av ordet. Molekylerna koldioxid, ammoniak, bensen, som vi pratade om, och molekylerna av nästan alla organiska ämnen (som vi inte pratade om), är uppbyggda av atomer som är starkt bundna till varandra. Under upplösning, smältning, avdunstning bryts inte dessa bindningar. Molekylen fortsätter att bete sig som en separat partikel, som en liten fysisk kropp under fysisk påverkan och tillståndsförändringar.

Men detta är inte alltid fallet. För de flesta oorganiska ämnen kan man tala om en molekyl endast i ordets kemiska betydelse. Men den minsta partikeln av så välkända oorganiska ämnen som bordssalt eller kalcit eller läsk finns inte. Vi hittar inga enskilda partiklar i kristaller (detta kommer att diskuteras på några sidor); när de är upplösta bryts molekylerna isär.

Socker är ett organiskt ämne. Därför "flyter" sockermolekyler i vattnet av sött te. Men i saltvatten hittar vi inga molekyler av bordssalt (natriumklorid). Dessa "molekyler" (du måste sätta citattecken) finns i vatten i form av atomer (mer exakt, joner - elektriskt laddade atomer - vi kommer att prata om dem senare).

På samma sätt lever delar av molekylerna i ångor och i smältor ett självständigt liv.

När det gäller krafter som binder atomer till en fysisk molekyl, då kallas sådana krafter valens. Intermolekylära krafter är icke-valenta. Den typ av interaktionskurva som visades i fig. 2.1 är samma i båda fallen. Skillnaden är bara i hålets djup. När det gäller valenskrafter är brunnen hundratals gånger djupare.

Interaktion mellan molekyler

Molekyler attraheras ömsesidigt, det råder ingen tvekan om det. Om de vid något ögonblick slutade attraheras av varandra, skulle alla flytande och fasta kroppar sönderfalla till molekyler.

Molekyler stöter bort varandra, och detta är otvivelaktigt, eftersom annars vätskor och fasta ämnen skulle komprimeras med extraordinär lätthet.

Krafter verkar mellan molekyler, i många avseenden liknar krafterna mellan atomer, som diskuterades ovan. Den potentiella energikurvan vi just ritade för atomer förmedlar korrekt huvuddragen i molekylers interaktion. Det finns dock betydande skillnader mellan dessa interaktioner.

Låt oss till exempel jämföra jämviktsavståndet mellan syreatomerna som bildar en molekyl och syreatomerna hos två närliggande molekyler som attraheras i stelnat syre till en jämviktsposition. Skillnaden kommer att vara mycket märkbar: syreatomerna som bildar molekylen är inställda på ett avstånd av 1,2 A, syreatomerna från olika molekyler närmar sig varandra med 2,9 A.

Liknande resultat erhålls för andra atomer. Atomerna i främmande molekyler är belägna längre från varandra än atomerna i en molekyl. Därför är det lättare att separera molekyler från varandra än atomer från molekyler, och skillnaderna i energi är mycket större än skillnaden i avstånd. Om energin som krävs för att bryta bindningen mellan syreatomerna som bildar molekylen är cirka 100 kcal/mol, så är energin för att dra isär syremolekylerna mindre än 2 kcal/mol.

Detta betyder att på kurvan för den potentiella energin för molekyler ligger "brunnen" längre från den vertikala axeln och dessutom är "brunnen" mycket mindre djup.

Detta tar dock inte ut skillnaden mellan interaktionen mellan atomer som bildar en molekyl och interaktionen mellan molekyler.

Kemister har visat att atomer binder till en molekyl med ett mycket bestämt antal andra atomer. Om två väteatomer bildade en molekyl, kommer den tredje atomen inte längre att förena dem. Syreatomen i vatten är kopplad till två väteatomer och det är omöjligt att fästa en till till dem.

Vi hittar inget liknande i intermolekylär interaktion. Efter att ha attraherat en granne till sig själv förlorar molekylen inte på något sätt sin "attraktionskraft". Grannarnas närmande kommer att ske så länge det finns tillräckligt med utrymme.

Vad betyder "tillräckligt med utrymme"? Är molekyler som äpplen eller ägg? Naturligtvis, i en mening, är en sådan jämförelse motiverad: molekyler är fysiska kroppar som har vissa "storlekar" och "former". Jämviktsavståndet mellan molekyler är inget annat än molekylernas "dimensioner".

Hur ser termisk rörelse ut?

Interaktionen mellan molekyler kan vara av större eller mindre betydelse i molekylernas "liv".

Materiens tre tillstånd - gasformiga, flytande och fasta - skiljer sig från varandra i den roll som molekylernas interaktion spelar i dem.

Ordet "gas" myntades av forskare. Det härstammar från det grekiska ordet "kaos" - oordning.

I själva verket är materiens gasformiga tillstånd ett exempel på en fullständig, perfekt oordning i det ömsesidiga arrangemanget och rörelsen av partiklar som finns i naturen. Det finns inget mikroskop som skulle tillåta oss att se gasmolekylernas rörelser, men trots detta kan fysiker beskriva tillräckligt detaljerat livet i denna osynliga värld.

I en kubikcentimeter luft under normala förhållanden ( rumstemperatur och atmosfärstryck) finns det ett stort antal molekyler, cirka 2,5 * 10 19 (dvs. 25 miljarder miljarder molekyler). Varje molekyl har en volym på 4 * 10 -20 cm 3, det vill säga en kub med en sida på ungefär 3,5 * 10 -7 cm = 35 A. Molekylerna är dock mycket små. Till exempel har syre- och kvävemolekyler - huvuddelen av luft - en genomsnittlig storlek på cirka 4 A.

Således är det genomsnittliga avståndet mellan molekylerna 10 gånger storleken på molekylen. Och detta betyder i sin tur att medelvolymen luft, som står för en molekyl, är cirka 1000 gånger volymen av själva molekylen.

Föreställ dig ett plant område där mynt är slumpmässigt utspridda, och på ett område på 1 m 2 finns det i genomsnitt hundra mynt. Det betyder ett eller två mynt per sida i boken du läser. Ungefär samma glest belägna gasmolekyler.

Varje gasmolekyl befinner sig i ett tillstånd av kontinuerlig termisk rörelse.

Låt oss följa en molekyl. Här rör det sig snabbt någonstans till höger. Om det inte fanns några hinder på vägen skulle molekylen fortsätta sin rörelse längs en rak linje med samma hastighet. Men molekylens väg korsas av dess otaliga grannar. Kollisioner är oundvikliga, och molekylerna flyger isär som två kolliderande biljardbollar. I vilken riktning kommer vår molekyl att studsa? Kommer den att gå upp eller tappa sin hastighet? Allt är möjligt: ​​trots allt kan möten vara väldigt olika. Slag är möjliga både framför och bakom, och till höger och till vänster, både starka och svaga. Det är uppenbart att, utsatt för sådana slumpmässiga kollisioner i dessa tillfälliga möten, kommer molekylen vi observerar att rusa i alla riktningar genom kärlet där gasen finns.

Hur långt kan gasmolekylerna färdas utan att kollidera?

Det beror på storleken på molekylerna och på gasens densitet. Ju större molekyler och antalet av dem i kärlet, desto oftare kommer de att kollidera. Den genomsnittliga längden på vägen som en molekyl färdas utan kollision kallas medellängd run - är lika under normala förhållanden med 11 * 10 -6 cm \u003d 1100 A för vätemolekyler och 5 * 10 -6 cm \u003d 500 A för syremolekyler. 5 * 10 -6 cm - tjugotusendels millimeter, avståndet är mycket litet, men jämfört med storleken på molekylerna är det långt ifrån litet. En löpning på 5 * 10 -6 cm för en syremolekyl motsvarar på skalan för en biljardboll ett avstånd på 10 m.

Det är värt att uppmärksamma egenskaperna hos molekylernas rörelse i en mycket förtärnad gas (vakuum). Molekylernas rörelse som "bildar ett vakuum" ändrar karaktär när molekylens medelfria väg blir större än storleken på kärlet i vilket gasen befinner sig. Då kolliderar molekylerna sällan med varandra och gör sin resa i raka sicksack och träffar den ena eller andra kärlets vägg.

Som nyss nämnts, i luft vid atmosfärstryck är väglängden 5 * 10 -6 cm. Om den ökas med 10 7 gånger blir den 50 cm, dvs den kommer att vara märkbart större än medelstorleken på fartyg. Eftersom banans längd är omvänt proportionell mot densiteten, och därmed trycket, bör trycket för detta vara 10 -7 atmosfäriskt eller cirka 10 -4 mm Hg. Konst.

Inte ens det interplanetära rummet är helt tomt. Men densiteten av ämnet i den är cirka 5 * 10 -24 g / cm 3. Huvuddelen av interplanetär materia är atomärt väte. För närvarande tror man att det i rymden bara finns ett fåtal väteatomer per 1 cm 3. Om vi ​​ökar en vätemolekyl till storleken på en ärta och placerar en sådan "molekyl" i Moskva, kommer dess närmaste "kosmiska granne" att vara i Tula.

En vätskas struktur skiljer sig väsentligt från strukturen hos en gas, vars molekyler är långt ifrån varandra och bara ibland kolliderar. V. vätskemolekyler är ständigt i närheten. Flytande molekyler är ordnade som potatis i en påse. Sant, med en skillnad: flytande molekyler befinner sig i ett tillstånd av kontinuerlig kaotisk termisk rörelse. På grund av den stora tätheten kan de inte röra sig lika fritt som gasmolekyler. Var och en "trampar" hela tiden nästan på samma plats, omgiven av samma grannar, och rör sig bara gradvis över volymen som upptas av vätskan. Ju mer trögflytande vätskan är, desto långsammare är denna rörelse. Men även i en så "rörlig" vätska som vatten kommer molekylen att röra sig 3 A under den tid det tar för en gasmolekyl att röra sig 700 A.

Krafterna för interaktion mellan molekyler med deras termiska rörelse i fasta ämnen rätas ut helt. I ett fast ämne är molekylerna nästan alltid i samma position. Termisk rörelse påverkar bara det faktum att molekylerna kontinuerligt oscillerar runt jämviktspositionerna. Frånvaron av systematisk rörelse av molekyler är orsaken till vad vi kallar hårdhet. Faktum är att om molekylerna inte ändrar sina grannar, förblir alla de mer separata delarna av kroppen i samma förbindelse med varandra.

Kompressibilitet av kroppar

När regndroppar trummar på taket träffar gasmolekyler kärlets väggar. Antalet av dessa slag är enormt, och deras verkan, som smälter samman, skapar trycket som kan flytta motorkolven, bryta projektilen eller blåsa upp Ballong. Ett hagel av molekylära nedslag är atmosfärstryck, det är trycket som får locket på en kokande vattenkokare att hoppa, det är kraften som stöter ut en kula från ett gevär.

Vad är trycket på gasen? Det är tydligt att ju högre tryck desto starkare påverkan orsakas av en molekyl. Det är lika uppenbart att trycket kommer att bero på antalet slag per sekund. Ju fler molekyler i kärlet, desto mer frekventa stötar, desto högre tryck. För det första är därför trycket p för en given gas proportionellt mot dess densitet.

Om gasens massa är oförändrad, ökar vi densiteten med motsvarande antal gånger genom att minska volymen. Detta innebär att gasens tryck i ett sådant slutet kärl kommer att vara omvänt proportionellt mot volymen. Eller, med andra ord, produkten av tryck och volym måste vara konstant:

?V = konst.

Denna enkla lag upptäcktes av den engelske fysikern Boyle och den franska vetenskapsmannen Mariotte. Boyles lag - Mariotte - en av de första kvantitativa lagarna i historien fysiologi. Naturligtvis sker det vid en konstant temperatur.

När gasen komprimeras blir Boyle-Mariottes ekvation värre och värre. Molekyler närmar sig, interaktionen mellan dem börjar påverka gasens beteende.

Boyle-Mariottes lag är giltig i fall där interferensen av interaktionskrafter i gasmolekylernas liv är helt omärklig. Därför kallas Boyle-Mariottes lag som lagen om idealgaser.

Adjektivet "ideal" låter lite lustigt i förhållande till ordet "gas". Ideal - det betyder perfekt, så att det inte kan bli bättre.

Ju enklare modellen eller schemat är, desto mer idealiskt är det för en fysiker. Beräkningar förenklas, förklaringar av fysiska fenomen blir lätta och tydliga. Termen "ideal gas" hänvisar till det enklaste schemat för en gas. Beteendet hos tillräckligt förtärnade gaser är praktiskt taget omöjligt att skilja från beteendet hos idealgaser.

Kompressibiliteten för vätskor är mycket mindre än kompressibiliteten för gaser. I en vätska är molekylerna redan i "kontakt". Kompression består endast i att förbättra "packningen" av molekyler, och vid mycket höga tryck, i att komprimera själva molekylen. Hur mycket frånstötande krafter som gör det svårt att komprimera en vätska framgår av följande figurer. En ökning av trycket från en till två atmosfärer innebär en halvering av gasvolymen, medan vattenvolymen ändras med 1/20 000 och kvicksilver - med endast 1/250 000.

Inte ens det enorma trycket på havets djup kan komprimera vattnet på något märkbart sätt. Faktum är att ett tryck på en atmosfär skapas av en vattenpelare på tio meter. Trycket under ett vattenlager 10 km är 1000 atmosfärer. Vattenvolymen minskas med 1000/20000, dvs med 1/20.

Kompressibiliteten hos fasta ämnen skiljer sig lite från vätskors kompressibilitet. Detta är förståeligt - i båda fallen är molekylerna redan i kontakt, och kompression kan endast uppnås genom ytterligare konvergens av redan starkt frånstötande molekyler. Superhöga tryck på 50-100 tusen atmosfärer lyckas komprimera stål med 1/1000, bly - med 1/7 av volymen.

Av dessa exempel är det tydligt att det under markförhållanden inte är möjligt att komprimera fast materia i någon betydande utsträckning.

Men i universum finns det kroppar där materia komprimeras ojämförligt starkare. Astronomer har upptäckt att det finns stjärnor där materiens densitet når 10 6 g/cm 3 . Inuti dessa stjärnor - de kallas vita dvärgar ("vita" - av naturen av ljusstyrkan "dvärgar" - på grund av deras relativt lilla storlek) - måste det därför finnas ett enormt tryck.

Ytkrafter

Kan du komma upp ur vattnet torr? Naturligtvis måste du för detta smörjas med ett ämne som inte vätas av vatten.

Gnid fingret med paraffin och doppa det i vatten. När du tar ut den visar det sig att det inte finns något vatten på fingret, förutom två eller tre droppar. En liten rörelse – och dropparna skakas av.

I det här fallet säger de: vatten väter inte paraffin. Kvicksilver beter sig på detta sätt med avseende på nästan alla fasta ämnen: kvicksilver väter inte hud, glas, trä...

Vatten är mer nyckfullt. Hon klamrar sig fast vid vissa kroppar och försöker att inte komma i kontakt med andra. Vatten väter inte feta ytor, men väter rent glas väl. Vatten väter trä, papper, ull.

Om en droppe vatten appliceras på rent glas kommer det att spridas och bilda en mycket tunn pöl. Om samma droppe sänks ned på paraffin kommer den att förbli en nästan sfärisk droppe, lätt nedtryckt av gravitationen.

Fotogen är ett av de ämnen som "fastnar" i nästan alla kroppar. I ett försök att sprida över glas eller metall; fotogen kan krypa ut ur ett dåligt stängt kärl. En pöl av spilld fotogenburk under en lång tid giftexistens: fotogen kommer att ta över en stor yta, krypa in i sprickor, penetrera kläder. Därför är det så svårt att bli av med dess obehagliga lukt.

Icke-vätning av kroppar kan leda till märkliga fenomen. Ta en nål, smörj in den med fett och lägg den försiktigt platt på vattnet. Nålen kommer inte att sjunka. Tittar du noga kan du se att nålen trycker genom vattnet och ligger tyst i den bildade håligheten. Det räcker dock med ett lätt tryck, och nålen kommer att gå till botten. För att göra detta är det nödvändigt att en betydande del av det är i vattnet.

Denna intressanta egenskap används av insekter som snabbt springer genom vattnet utan att blöta sina tassar.

Vätning används vid flotationsförädling av malmer. Ordet "flotation" betyder "flytande". Kärnan i fenomenet är som följer. Finmalen malm laddas i en kar med vatten, en liten mängd specialolja tillsätts där, vilket borde vara. har egenskapen att väta kornen av mineralet och inte väta kornen av "råsten" (den så kallade "onödiga delen av malmen"). Vid blandning omsluts mineralets korn i en oljig film.

Luft blåses in i den svarta gröten från malmen av vatten och olja. Det bildas många små luftbubblor - skum. Luftbubblor flyter upp. Flotationsprocessen bygger på att oljebelagda korn klänger fast vid luftbubblor. En stor bubbla bär upp säden som en ballong.

Mineralet övergår i skum på ytan. Gråberg ligger kvar på botten. Skummet tas bort och skickas för vidare bearbetning för att få fram det så kallade "koncentratet", som innehåller tio gånger mindre gråberg.

Ytsammanhållningskrafter kan störa utjämningen av vätska i kommunicerande kärl. Riktigheten av detta är mycket lätt att verifiera.

Om ett tunt (bråkdel av en millimeter i diameter) glasrör sänks ner i vatten, kommer vattnet i det, i strid med lagen om kommunicerande kärl, snabbt att börja stiga uppåt, och dess nivå kommer att ställas in betydligt högre än i ett brett kärl (fig. 2.4).

Ris. 2.4

Vad hände? Vilka krafter håller vikten av den stigande vätskepelaren? Stigningen åstadkommes genom vidhäftning av vatten till glas.

Ytkohesionens krafter manifesteras tydligt först när vätskan stiger i tillräckligt tunna rör. Ju smalare rör, desto högre stiger vätskan, desto mer distinkt är fenomenet. Namnet på dessa ytfenomen är associerat med namnet på tubuli. Kanalen i ett sådant rör har en diameter mätt i bråkdelar av en millimeter; ett sådant rör kallas kapillär (vilket betyder i översättning: "tunn som ett hårstrå"). Fenomenet att vätska stiger i tunna rör kallas kapilläritet.

Till vilken höjd kan kapillärrör lyfta vätska? Det visar sig att i ett rör med en diameter på 1 mm stiger vattnet till en höjd av 1,5 mm. Med en diameter på 0,01 mm ökar lyfthöjden lika mycket som diametern på röret har minskat, det vill säga upp till 15 cm.

Naturligtvis är ökningen av en vätska endast möjlig under förutsättning av vätning. Det är lätt att gissa att kvicksilver inte kommer att stiga i glasrör. Tvärtom sänks kvicksilver i glasrör. Kvicksilver "tålar" inte kontakt med glas så mycket att det tenderar att minska den totala ytan till det minimum som gravitationen tillåter.

Det finns många kroppar som är ungefär som ett system av de tunnaste rören. I sådana kroppar observeras alltid kapillärfenomen.

Växter och träd har ett helt system av långa kanaler och porer. Diametrarna för dessa kanaler är mindre än hundradelar av en millimeter. På grund av detta höjer kapillärkrafterna markfuktigheten till en avsevärd höjd och transporterar vatten genom hela växtkroppen.

En mycket praktisk sak är läskpapper. Du gjorde en blott, men du måste vända blad. Vänta inte på att fläcken har torkat! Ett ark läskpapper tas, dess ände nedsänks i en droppe, och bläcket rinner snabbt uppåt mot tyngdkraften.

En typisk kapillärfenomen. Om du tittar på läskpapper i mikroskop kan du se dess struktur. Sådant papper består av ett löst nätverk av pappersfibrer som bildar tunna och långa kanaler med varandra. Dessa kanaler spelar rollen som kapillärtubuli.

Samma system av långa porer eller kanaler som bildas av fibrer finns i vekar. Fotogenet i lamporna stiger upp i veken. Med hjälp av en veke kan du också skapa en sifon genom att sänka veken med ena änden i ett ofullständigt glas vätska så att den andra änden, som hänger över sidan, är lägre än den första (bild 2.5).

Ris. 2.5

Tekniken för färgningsproduktion använder också ofta tygernas förmåga att dra in vätska i sig själv genom tunna kanaler som bildas av tygtrådar.

Men vi har ännu inte sagt något om den molekylära mekanismen för dessa intressanta fenomen.

Skillnader i ytkrafter förklaras utmärkt av intermolekylära interaktioner.

En droppe kvicksilver sprids inte över glas. Detta beror på det faktum att energin för interaktion mellan kvicksilveratomer med varandra är större än bindningsenergin för glas och kvicksilveratomer. Av samma anledning stiger inte kvicksilver i trånga kapillärer.

Med vatten är situationen annorlunda. Det visar sig att väteatomerna i vattenmolekyler lätt klamrar sig fast vid syreatomerna i kiseloxid, som är huvudkomponenten i glas. De intermolekylära krafterna hos vatten - glas är större än de intermolekylära krafterna hos vatten - vatten. Därför sprids vatten över glaset och stiger i glaskapillärerna.

Ytkrafter, eller snarare bindningsenergin (brunnens djup i fig. 2.1), för olika ämnespar kan både mätas och beräknas. Att prata om hur detta görs skulle ta oss för långt.

Kristaller och deras form

Många tycker att kristaller är vackra, sällsynta stenar. Dom är olika färger, vanligtvis genomskinliga och, vad som är mest anmärkningsvärt, har en vacker regelbunden form. Oftast är kristaller polyeder, deras sidor (ansikten) är perfekt plana, kanterna är strikt raka. De gläder ögat med ett underbart ljusspel i ansikten, en fantastisk regelbundenhet i strukturen.

Bland dem finns blygsamma kristaller av bergsalt - naturlig natriumklorid, det vill säga vanligt bordssalt. De finns i naturen i form av rektangulära parallellepipeder eller kuber. enkel form och i kalcitkristaller - genomskinliga sneda parallellepipeder. Mycket mer komplicerat är kvartskristaller. Varje kristall har många aspekter. olika former korsar längs kanter av olika längd.

Kristaller är dock inte alls en museal sällsynthet. Kristaller finns runt omkring oss. Fasta ämnen som vi bygger hus av och tillverkar maskiner av, ämnen som vi använder i vardagen - nästan alla tillhör kristaller. Varför ser vi inte detta? Faktum är att kroppar i form av separata enkristaller (eller, som de säger, enkristaller) sällan stöter på i naturen. Oftast förekommer ämnet i form av fast vidhäftande kristallina korn av mycket liten storlek - mindre än en tusendels millimeter. En sådan struktur kan bara ses med ett mikroskop.

Kroppar som består av kristallina korn kallas finkristallina, eller polykristallina ("poly" - på grekiska "många").

Naturligtvis bör även finkristallina kroppar klassas som kristaller. Då kommer det att visa sig att nästan alla fasta ämnen som omger passet är kristaller. Sand och granit, koppar och järn, salol som säljs på apotek; och färger är alla kristaller.

Det finns också undantag; glas och plast består inte av kristaller. Sådana fasta ämnen kallas amorfa.

Så att studera kristaller betyder att studera nästan alla kroppar runt omkring oss. Det är tydligt hur viktigt detta är.

Enstaka kristaller känns omedelbart igen av riktigheten i deras former. Platta ytor och raka kanter är en karakteristisk egenskap hos en kristall; formens riktighet är utan tvekan kopplad till riktigheten av kristallens inre struktur. Om kristallen är speciellt utsträckt i någon riktning, betyder det att strukturen av kristallen i denna riktning är på något sätt speciell.

Men tänk dig att en boll är gjord av en stor kristall på en maskin. Kommer vi att kunna räkna ut att vi har en kristall i våra händer och skilja denna kula från glas? Eftersom kristallens olika ytor utvecklas i varierande grad, så tyder detta på att de fysikaliska egenskaperna hos kristallen inte är desamma i olika riktningar. Detta gäller styrka, elektrisk ledningsförmåga och faktiskt många egenskaper. Denna egenskap hos en kristall kallas anisotropin av dess egenskaper. Anisotrop betyder olika åt olika håll.

Kristaller är anisotropa. Tvärtom, amorfa kroppar, vätskor och gaser är isotropa ("iso" - på grekiska "samma", "tropos" - riktning), det vill säga de har samma egenskaper i olika riktningar. Egenskapernas anisotropi låter dig också ta reda på (om en genomskinlig formlös materia är en kristall eller inte.

Låt oss gå till det mineralogiska museet och noggrant undersöka olika enkristallprover av kristaller av samma ämne. Det är mycket möjligt att prover av både vanliga och oregelbundna former kommer att ställas ut i montern. Vissa kristaller kommer att se ut som fragment, andra kommer att ha 1-2 kanter av "onormal" utveckling.

Vi kommer att välja prover från den allmänna högen som verkar idealiska för oss och rita dem. Den resulterande bilden visas i fig. 2.6. Samma kvarts väljs som exempel. Kvarts, liksom andra kristaller, kan utvecklas annat nummer ansikten av samma "sort", såväl som ett annat antal "sorter" av ansikten själva. Även om den yttre likheten inte är slående, är sådana kristaller ändå lika varandra, som nära släktingar, som tvillingar. Vad är deras likhet?

Ris. 2.6

Titta på fig. 2.6, som visar en rad kvartskristaller. Alla dessa kristaller är nära "släktingar". De kan också göras exakt likadana genom att slipa kanterna till olika djup parallellt med dem själva. Det är lätt att se att på detta sätt kan till exempel kristall II göras exakt likadan som kristall I. Detta är möjligt eftersom vinklarna mellan liknande ytor på proverna är desamma, till exempel mellan ytorna A och B, B och C osv.

Denna likhet mellan vinklar är "familjelikheten" mellan kristaller. Vid slipning av ytorna parallellt med sig själva ändras formen på kristallen, men vinklarna mellan ytorna behåller sitt värde.

Under tillväxten av en kristall, beroende på ett antal olyckor, kan vissa ansikten hamna i förhållanden som är mer gynnsamma, andra mindre bekväma för att öka deras storlek. Den yttre likheten hos prover som odlas under olika förhållanden kommer att bli omärkliga, men vinklarna mellan liknande ytor på alla kristaller av ämnet som studeras kommer alltid att vara desamma. Kristallens form är slumpmässig, och vinklarna mellan ytorna motsvarar (du kommer att förstå varför senare) till dess inre natur.

Men planhet är inte den enda egenskapen hos kristaller som skiljer dem från formlösa kroppar. Kristaller är symmetriska. Innebörden av detta ord förstås bäst med exempel.

Ris. 2.7

På fig. 2.7 visar en skulptur; framför henne finns en stor spegel. En reflektion dyker upp i spegeln, som exakt upprepar objektet. Skulptören kan göra två figurer och arrangera dem på samma sätt som figuren och dess reflektion i spegeln. Denna "dubbla" skulptur kommer att vara en symmetrisk figur - den består av två spegel lika delar. Den högra sidan av skulpturen sammanfaller exakt med reflektionen av dess vänstra sida. En sådan symmetrisk figur har ett vertikalt plan av spegelsymmetri, som löper i mitten mellan dem. Symmetriplanet är ett mentalt plan, men vi känner det tydligt när vi betraktar en symmetriskt konstruerad kropp.

Djurkropparna har ett symmetriplan, det vertikala planet för yttre symmetri kan dras genom en person. I djurvärlden realiseras symmetri endast ungefär, och i allmänhet existerar inte ideal symmetri i livet. En arkitekt kan rita ett hus som består av två perfekt symmetriska halvor på ritningen. Men när huset är byggt, hur välgjort det än är, kan man alltid hitta skillnad på de två motsvarande delarna av byggnaden; låt oss säga att det finns en spricka på ett ställe och inte på ett annat.

Den mest exakta symmetrin realiseras i kristallvärlden, men även här är det inte idealiskt: sprickor och repor som är osynliga för ögat gör alltid lika ansikten något annorlunda från varandra.

Ris. 2.8

På fig. 2.8 visar en pappersspinnare för barn. Den är också symmetrisk, men symmetriplanet kan inte dras genom den. Vad är då symmetrin hos denna statyett? Först av allt, låt oss fråga oss själva om dess symmetriska delar. Hur många? Klart fyra. Vad är det korrekta inbördes arrangemanget av dessa identiska delar? Detta är också lätt att se. Låt oss vrida skivspelaren i rät vinkel moturs, d.v.s. 1/4 av cirkeln: då kommer vinge 1 att stå på den plats där vinge 2 var, vinge 2 - på plats 3, 3 - på plats 4 och 4 - på plats 1 Den nya positionen går inte att skilja från den tidigare. Vi kommer att säga detta om en sådan figur: den har en symmetriaxel, närmare bestämt en symmetriaxel av fjärde ordningen, eftersom inriktning uppstår när den roteras med 1/4 av cirkeln.

Så symmetriaxeln är en så rak linje, genom att vrida runt den med en bråkdel av ett varv kan du överföra kroppen till en position som inte kan skiljas från den ursprungliga. Axelns ordning (i vårt fall 4:e) indikerar att denna inriktning sker när den roteras 1/4 av cirkeln. Därför, med fyra på varandra följande varv, återgår vi till startpositionen.

Stöter vi på symmetri av något slag i kristallernas rike? Erfarenheten visar att det inte är det.

I kristaller möter vi endast symmetriaxlar av 2-, 3-, 4- och 6:e ordningen. Och detta är ingen slump. Kristallografer har bevisat att detta beror på kristallens inre struktur. Därför är antalet olika typer eller, som de säger, symmetriklasser av kristaller relativt litet - det är lika.

Strukturen av kristaller

Varför är formen på kristallen så vacker, korrekt? Dess kanter, blanka och jämna, ser ut som om en skicklig slipmaskin hade arbetat på kristallen. Separata delar av kristallen upprepar varandra och bildar en vacker symmetrisk figur. Denna exceptionella regelbundenhet av kristaller var redan bekant för antiken. Men de gamla forskarnas idéer om kristaller skilde sig lite från sagor och legender komponerade av poeter, vars fantasi fängslades av kristallernas skönhet. De trodde att kristall bildas av is och diamant - från kristall. Kristaller var utrustade med många mystiska egenskaper: att läka från sjukdomar, att skydda mot gift, att påverka en persons öde ...

I XVII - XVIII århundraden de första vetenskapliga åsikterna om kristallernas natur dök upp. En uppfattning om dem ges i fig. 2.9, lånad från en 1700-talsbok. Enligt dess författare är kristallen byggd av de minsta "tegelstenarna" som är tätt fästa vid varandra. Denna tanke är ganska naturlig. Låt oss bryta en kristall av kalcit (kalciumkarbonat) med ett kraftigt slag. Det kommer att splittras i bitar av olika storlekar. När vi tittar på dem noga, finner vi att dessa bitar har rätt form, ganska lik formen av en stor kristall - deras förälder. Sannolikt, hävdade forskaren, kommer ytterligare fragmentering av kristallen att ske på samma sätt tills vi når den minsta tegelstenen som är osynlig för ögat, som representerar kristallen av ett givet ämne. Dessa tegelstenar är så små att de stegvisa "stegen" som är byggda av dem - kristallens kanter - förefaller oss oklanderligt släta. Nåväl, vad är då denna "sista" tegelsten? Den tidens vetenskapsman kunde inte svara på en sådan fråga.

Ris. 2.9

"Brick"-teorin om strukturen hos en kristall har medfört stora fördelar för vetenskapen. Hon förklarade ursprunget till kristallens raka kanter och ytor: när kristallen växer anpassar sig vissa tegelstenar till andra, och ansiktet växer som en vägg i ett hus som lagts ut av en murares händer.

Så svaret på frågan om orsaken till riktigheten och skönheten i formen av kristaller gavs för länge sedan. Anledningen till denna omständighet är inre korrekthet. Och riktigheten ligger i den upprepade upprepningen av samma elementära delar.

Föreställ dig ett parkgaller gjort av stavar av olika längd och placerat på måfå. Ful bild. Ett bra galler är byggt av identiska stavar, ordnade i rätt ordning på lika avstånd från varandra. Samma självupprepande mönster hittar vi i tapeten. Här upprepas ett element i ritningen - säg en tjej som spelar boll - inte längre i en riktning, som i ett parkgaller, utan fyller planet.

Vad har parkgaller och tapeter med kristallen att göra? Den mest direkta. Parkgittret består av länkar som upprepar sig längs en linje, tapeter - från bilder som upprepas längs ett plan, och en kristall - från grupper av atomer som upprepar sig i rymden. Därför säger de att atomerna i en kristall bildar ett rumsligt (eller kristallint) gitter.

Vi måste diskutera ett antal detaljer relaterade till det rumsliga rutnätet, men för att inte göra det svårt för konstnären att bygga komplexa tredimensionella ritningar, kommer vi att förklara vad vi behöver, med hjälp av exemplet med en bit tapet.

På fig. 2.10, den minsta biten markeras, genom att helt enkelt ordna om den kan du skapa alla bakgrundsbilder. För att välja en sådan bit, rita från valfri punkt i bilden, till exempel från mitten av bollen, två linjer som förbinder den valda bollen med två intilliggande. På dessa linjer kan du bygga, som kan ses i vår figur, ett parallellogram. Genom att flytta den här biten i riktning mot de viktigaste initiala linjerna kan du komponera hela tapetmönstret. Denna minsta bit kan väljas på olika sätt: det kan ses av figuren att flera olika parallellogram kan väljas, som var och en innehåller en figur. Vi betonar att det i det här fallet är likgiltigt för oss om denna figur är hel inuti den valda biten eller uppdelad i delar av linjer som binder denna bit.

Ris. 2.10

Det skulle vara fel att tro att konstnären, efter att ha gjort en statyett som upprepas på tapeten, kan betrakta sin uppgift som avslutad. Detta skulle vara så endast om sammansättningen av tapeten kunde utföras på det enda sättet - genom att applicera på en given bit som innehåller en figur, en annan av samma, parallellförskjutna.

Men förutom denna enklaste metod finns det ytterligare sexton sätt att fylla tapeten med ett regelbundet upprepande mönster, det vill säga totalt finns det 17 typer av ömsesidiga arrangemang av figurer på ett plan. De visas i fig. 2.11. Som ett återkommande mönster väljs här ett enklare, men precis som i fig. 2.10, en statyett som saknar sin egen symmetri. Emellertid är mönstren som består av det symmetriska, och deras skillnad bestäms av skillnaden i symmetrin i arrangemanget av figurerna.

Ris. 2.11

Det ser vi till exempel i de tre första fallen. ritningen har inte ett spegelplan av symmetri - du kan inte sätta en vertikal spegel som den; så att en del av bilden är en "reflektion" av en annan del. Tvärtom, i fall 4 och 5 finns det symmetriplan. I fall 8 och 9 kan två inbördes vinkelräta speglar "installeras". I fall 10 finns det 4:e ordningens axlar vinkelräta mot ritningen, i fall 11 finns det 3:e ordningens axlar. Fall 13 och 15 har 6:e ​​ordningens axlar och så vidare.

Planen och symmetriaxlarna i våra ritningar visas inte en efter en, utan parallella "familjer". Om vi ​​har hittat en punkt - genom vilken symmetriaxeln (eller planet) kan ritas, så kommer vi snabbt att hitta den angränsande punkten och sedan på samma avstånd den tredje och fjärde, etc. punkter genom vilka samma axlar (eller plan) ) av symmetripass .

17 typer av symmetri av ett platt mönster tömmer naturligtvis inte ut hela mängden mönster som består av en och samma figur; konstnären måste ange ytterligare en omständighet: hur man placerar figuren i förhållande till cellens gränslinjer. På fig. 2.12 visar två tapetmönster med samma originalfigur men olika placerade i förhållande till speglarna. Båda dessa mönster tillhör fall 8.

Ris. 2.12

Varje kropp, inklusive en kristall, består av atomer. Enkla ämnen är sammansatta av identiska atomer, komplexa ämnen är sammansatta av atomer av två eller flera typer. Anta att vi kunde undersöka ytan på en saltkristall med ett superkraftigt mikroskop och se atomernas centrum. Ris. 2.13 visar att atomerna är ordnade längs med kristallens yta, som ett tapetmönster. Nu kan du redan enkelt förstå hur kristallen är uppbyggd. Kristallen är en "spatial tapet". Rumsliga, det vill säga volymetriska och inte platta, elementära celler är "tegelstenar" genom att applicera vilka på varandra i rymden en kristall är byggd.

Ris. 2.13

Hur många sätt att bygga "rumsliga tapeter" från elementära delar? Detta komplexa matematiska problem löstes i slutet av förra seklet av Evgraf Stepanovich Fedorov. Han bevisade; att det måste finnas 230 sätt att bygga en kristall.

All aktuell information om inre struktur Kristaller erhölls med hjälp av röntgendiffraktionsanalys, som vi kommer att diskutera i bok 4.

Det finns enkla kristaller byggda av atomer av samma slag. Till exempel är diamant rent kol. Saltkristaller består av två typer av joner: natrium och klorid. Mer komplexa kristaller kan byggas av molekyler, som i sin tur är uppbyggda av många sorters atomer.

Men i en kristall är det alltid möjligt att peka ut den minsta repeterande gruppen av atomer (i det enklaste fallet blir det en atom), med andra ord en elementär cell.

Cellstorlekar kan variera mycket. De minsta avstånden mellan intilliggande noder (cellvertices) finns i de enklaste kristallerna byggda av atomer av samma typ, de största - i komplexa proteinkristaller. Avstånden sträcker sig från 2-3 till flera hundra ångström (hundra miljondelar av en centimeter).

Kristallgitter är mycket olika. Egenskaperna som är gemensamma för alla kristaller förklaras dock oklanderligt av kristallernas gitterstruktur. Först och främst är det inte svårt att förstå att perfekt platta ansikten är plan som passerar genom noderna där atomerna sitter. Men nodplan kan ritas så många du vill i en mängd olika riktningar. Vilka av dessa nodplan begränsar den växande kristallen?

Låt oss först och främst vara uppmärksamma på följande omständighet: olika nodplan och linjer är fyllda med noder som inte är lika täta. Erfarenheten visar att kristallen facetteras av plan, som är tätast täckta av noder, medan planen skär varandra längs kanter, som i sin tur är tätast befolkade med noder.

Ris. 2.14 ger en vy av kristallgittret vinkelrätt mot dess yta; spår av några nodplan som är vinkelräta mot ritningen ritas. Av det sagda framgår att kristallen kan utveckla ytor parallellt med nodplanen I och III och inte kommer att ha ytor parallella med de glest knutna planen II.

Ris. 2.14

För närvarande är strukturen för många hundra kristaller känd. Låt oss prata om strukturen hos de enklaste kristallerna och framför allt de som är byggda av atomer av samma slag.

Tre typer av galler är mest utbredda. De visas i fig. 2.15. Prickarna representerar atomernas centra; linjerna som förbinder prickarna har ingen egentlig betydelse. De utförs endast för att göra arten av det rumsliga arrangemanget av atomer mer tydligt för läsaren.

Ris. 2.15

Ris. 2,15, a och 2.15, b representerar kubiska gitter. För att visualisera dessa galler tydligare, föreställ dig att du har satt ihop på det enklaste sättet - kant i kant, kant i kant - barnkuber. Om vi ​​nu mentalt placerar punkterna längs hörnen och mitten av kubernas volymer, kommer ett kubiskt gitter att dyka upp, som visas i den vänstra bilden. En sådan struktur kallas kubisk kroppscentrerad. Om du placerar punkter vid kubernas hörn och i mitten av deras ytor, kommer ett kubiskt gitter att dyka upp, som visas i mittenfiguren. Det kallas ansiktscentrerad kubisk.

Det tredje gallret (Fig. 2.15, v) kallas den tätaste sexkantiga (d.v.s. sexkantiga). För att förstå ursprunget till denna term och tydligare föreställa oss arrangemanget av atomer i detta gitter, låt oss ta biljardbollar och börja stapla dem så tätt som möjligt. Först och främst, låt oss göra ett tätt lager - det ser ut som biljardbollar samlade i en "triangel" innan spelets start (Fig. 2.16). Observera att bollen inuti triangeln har sex grannar som rör vid den, och dessa sex grannar bildar en hexagon. Låt oss fortsätta lägga genom att lägga lager ovanpå varandra. Om du placerar kulorna i nästa lager direkt ovanför kulorna i det första lagret, då skulle en sådan packning vara lös. Försöker rymma i en viss volym största antal bollar måste vi sätta bollarna i det andra lagret i hålen i det första, det tredje lagret - i hålen i det andra, etc. I en sexkantig tät packning placeras kulorna i det tredje lagret så att mitten av dessa bollar ligger ovanför mitten av bollarna i det första lagret.

Ris. 2.16

Atomernas centra i det sexkantiga tätaste gittret är belägna som centra för kulor, tätt packade på det beskrivna sättet.

I de beskrivna tre gittren kristalliseras många element:

Hexagonal närmast packning..... Be, Co, Hf, Ti, Zn, Zr

Kubisk ansiktscentrerad......... A1, Cu, Co, Fe, Au, Ge, Ni, Ti

Kubisk kroppscentrerad........ Cr, Fe, Li, Mo, Ta§ Ti, U, V

Av de andra strukturerna kommer vi bara att nämna några. På fig. 2.17 visar strukturen hos en diamant. Denna struktur kännetecknas av det faktum att diamantkolatomen har fyra närmaste grannar. Låt oss jämföra detta nummer med motsvarande nummer för de tre vanligaste strukturerna som just beskrivits. Som framgår av figurerna, i den tätaste hexagonala packningen, har varje atom 12 närmaste grannar, samma antal grannar för atomer som bildar ett ansiktscentrerat kubiskt gitter; i ett kroppscentrerat gitter har varje atom 8 grannar.

Ris. 2.17

Låt oss säga några ord om grafit, vars struktur visas i fig. 2.18. Det speciella med denna struktur är slående. Grafit består av lager av atomer, och atomerna i ett lager är starkare sammankopplade än atomerna i angränsande lager. Detta beror på storleken på interatomära avstånd: avståndet mellan grannar i ett lager är 2,5 gånger mindre än det kortaste avståndet mellan lagren.

Ris. 2.18

Närvaron av svagt bundna atomlager leder till det faktum att grafitkristaller lätt delas längs dessa lager. Därför kan hård grafit fungera som smörjmedel i de fall där smörjoljor inte kan användas, till exempel vid mycket låga eller mycket höga temperaturer. Grafit är ett fast smörjmedel.

Friktionen mellan två kroppar reduceras, grovt sett, till att den ena kroppens mikroskopiska utsprång sjunker ner i den andras håligheter. Den kraft som är tillräcklig för att dela en mikroskopisk grafitkristall är mycket mindre än friktionskrafterna, därför underlättar närvaron av grafitsmörjmedel avsevärt glidningen av en kropp över en annan.

Oändligt varierande kristallstrukturer kemiska föreningar. Extrema - när det gäller skillnader - exempel är strukturerna av bergsalt och koldioxid, avbildade i fig. 2.19 och 2.20.

Bergsaltkristaller (Fig. 2.19) består av natriumatomer (små mörka kulor) och kloratomer (stora ljusa kulor) alternerande längs kubaxlarna. Varje natriumatom har sex jämnt fördelade grannar av olika slag. Detsamma gäller klor. Men var är natriumkloridmolekylen? Hon är inte; inte bara är en grupp av en natriumatom och en kloratom frånvarande i en kristall, utan i allmänhet kännetecknas ingen grupp av atomer genom sitt tillvägagångssätt bland andra.

Ris. 2.19

Den kemiska formeln för NaCl ger oss inte anledning att säga att "ämnet är byggt av NaCl-molekyler". Den kemiska formeln indikerar bara att ämnet är byggt av samma nummer natrium- och kloratomer.

Frågan om förekomsten av molekyler i ett ämne avgörs av strukturen. Om en grupp nära atomer inte sticker ut i den, så finns det inga molekyler.

En kristall av koldioxid CO 2 (torris, som ligger i glassförsäljarnas lådor) är ett exempel på en molekylär kristall (Fig. 2.20). Centrum för syre- och kolatomerna i CO 2 -molekylen är belägna längs en rät linje (se fig. 2.2). Avstånd C-Oär 1,3 A, och avståndet mellan syreatomerna i angränsande molekyler är cirka 3 A. Det är tydligt att vi under sådana förhållanden omedelbart "känner igen" en molekyl i en kristall.

Ris. 2.20

Molekylära kristaller är täta packningar av molekyler. För att se detta är det nödvändigt att skissera konturerna av molekylerna. Detta är vad som görs i fig. 2.20.

Alla organiska ämnen ger molekylära kristaller. Organiska molekyler innehåller ofta många tiotals och hundratals atomer (och de som består av tiotusentals atomer kommer vi att prata om i ett separat kapitel). Det är omöjligt att avbilda deras förpackningar grafiskt. Därför kan du se bilder i böcker som fig. 2.21.

Ris. 2.21

Molekylerna i detta organiska ämne är sammansatta av kolatomer. Stavarna symboliserar valensbindningar. Molekyler verkar sväva i luften. Men tro inte dina ögon. Ritningen är gjord på det här sättet endast för att du ska kunna se hur molekylerna är placerade i kristallen. För enkelhetens skull avbildade författarna till figuren inte ens väteatomer fästa vid externa kolatomer (men kemister gör detta väldigt ofta). Dessutom ansåg författarna inte att det var nödvändigt att "skissa" molekylen - för att ge den en form. Om detta görs, då skulle vi se att principen att packa molekyler - nyckeln till låset - fungerar i det här fallet, som i andra liknande det.

Polykristallina ämnen

Vi har redan sagt att amorfa kroppar är sällsynta i en värld av fasta ämnen. De flesta föremålen runt omkring oss består av små kristallina korn, cirka en tusendels millimeter stora.

Redan under förra seklet upptäcktes metallernas granulära struktur av forskare. Det vanligaste mikroskopet hjälpte. Jag behövde bara anpassa det för att genomföra undersökningen inte "i överföring", utan i eftertanke. Så här gör de idag.

Bilden som visas för ögat visas i fig. 2.22. Korngränserna är vanligtvis ganska tydliga. Som regel ackumuleras föroreningar vid dessa gränser.

Ris. 2.22

Materialets egenskaper beror till stor del på kornens storlek, på vad som görs vid deras gränser och på kornens orientering. Därför har fysiker lagt ner mycket arbete på att studera polykristallina ämnen. Det faktum att varje korn är en kristall bevisades genom röntgendiffraktionsanalys, som vi redan har lovat att berätta för läsaren om.

All bearbetning av metall påverkar dess korn. Här är en bit gjuten metall som erhålls: dess korn är ordnade slumpmässigt, deras storlek är ganska stor. De gör en tråd av metall, sträcker den. Hur beter sig kristallkorn i det här fallet? Studier har visat att en förändring i formen av en fast kropp under tråddragning eller annan mekanisk bearbetning orsakar fragmentering av kristallina korn. Samtidigt, under inverkan av mekaniska krafter, uppträder en viss ordning i deras arrangemang. Vilken ordning kan diskuteras här? När allt kommer omkring är fragment av korn helt formlösa.

Det är sant, den yttre formen av ett fragment kan vara vad som helst, men ett fragment av en kristall är fortfarande en kristall: atomerna i dess gitter är packade på samma regelbundna sätt som i en välskuren kristall. Därför kan du i varje fragment ange hur dess elementära cell är belägen. Före bearbetning är cellerna strikt ordnade endast inom varje enskild sann - det finns vanligtvis ingen allmän ordning. Efter bearbetning ställer sig kornen i linje på ett sådant sätt att en viss allmän ordning, kallad textur, uppträder i arrangemanget av deras celler; till exempel är diagonalerna för cellerna för alla korn inställda ungefär parallellt med bearbetningsriktningen.

Ris. 2.23 hjälper till att förstå vad textur är. Raderna av prickar inuti kornen symboliserar atomplan. Vänster - ingen konsistens. Rätt ordning.

Ris. 2.23

Olika typer av bearbetning (valsning, smide, broschning) leder till olika typer av texturer. I vissa fall roteras kornen så att deras elementära celler är i linje längs bearbetningsriktningen med en diagonal, i andra fall med en kubkant, etc. Ju mer perfekt valsning eller bräckning, desto mer perfekt är strukturen hos kristallen. korn av metallen. Närvaron av textur påverkar i hög grad produktens mekaniska egenskaper. Studien av placeringen och storleken av kristallkorn i metallprodukter kastar ljus över kärnan i den mekaniska bearbetningen av metaller och indikerade hur man genomför den korrekt.

En annan viktig teknisk process, glödgning, är också förknippad med omarrangemang av kristallina korn. Om rullad eller sträckt metall värms upp, vid en tillräckligt hög temperatur, börjar nya kristaller växa på bekostnad av gamla. Som ett resultat av glödgning förstörs texturen gradvis; nya kristaller ordnas slumpmässigt. När temperaturen stiger (eller helt enkelt när glödgningens varaktighet ökar), växer nya korn och gamla försvinner. Kornen kan växa till en storlek som är synlig för ögat. Glödgning förändrar metallens egenskaper dramatiskt. Metallen blir mer seg, mindre hård. Detta beror på att kornen blir större och texturen försvinner.

Lektionsutveckling (lektionsanteckningar)

Linje UMK A. V. Peryshkin. Fysik (7-9)

Uppmärksamhet! Webbplatsens administrationssida ansvarar inte för innehållet metodiska utvecklingar, såväl som för överensstämmelse med utvecklingen av Federal State Educational Standard.

Klass: 7 grader.

Lektionens ämne: Materiens struktur. Molekyl.

Syftet med lektionen: Fundera på frågor om materiens struktur, strukturen hos molekyler.

Att forma nya verksamhetssätt hos eleverna (förmågan att ställa och svara på effektiva frågor; diskussion om problemsituationer i grupp; förmågan att utvärdera sina aktiviteter och sina kunskaper).

Lektionens mål:

Handledningar:

• Att bekanta eleverna med den första informationen om materiens struktur.
• Bestäm materialiteten hos föremål och föremål.
• Introducera nya begrepp: "molekyl", "atom".
• Introducera eleverna till molekylers egenskaper.
• Att bilda förmåga att analysera, jämföra, överföra kunskap till nya situationer, planera sina aktiviteter när man bygger ett svar, slutför uppgifter och söker aktiviteter.

Utvecklande:

• Utveckla elevernas nyfikenhet,
• Vidga sina vyer, minne, fantasi.
• Utveckla förmågan att bygga in oberoende uttalanden muntligt tal på grundval av det inhämtade utbildningsmaterialet.
• Utveckling av logiskt tänkande.

Pedagogisk:

• Bildandet av elevernas vetenskapliga bild av världen och världsbilden,
• Att skapa förutsättningar för positiv motivation i studiet av fysik, med hjälp av en mängd olika aktivitetsmetoder, rapportering av intressant information.
• Odla en känsla av respekt för samtalspartnern, en individuell kommunikationskultur.

Lektionstyp: lektion att studera nytt material, använda multimediateknik, presentationer.

Utrustning: dator, multimediaprojektor, presentation ”Materiens struktur. Molecule", lärobok "Physics-7" av A.V.Pyoryshkin.

Laboratorieutrustning för att demonstrera experiment:äpple, kniv, gummiboll (uppblåst luftballong), modell av elastiska fjädrar, två böcker med kapslade sidor, en bägare vatten, ett glas vatten, ett glas färgat vatten, en bägare alkohol, en sluten kolv med rök,

Laboratorieutrustning för att utföra experiment på skolbänken: metalltråd, anteckningsbok, en kolv med vatten, ett glas, ett färgämne, plasticine, gummi, nylon.

Kommunikation mellan ämne: biologi, historia, matematik, teknik.

Arbetsformer: frontal, grupp, individuell.

Planeradresultat

Personlig UUD:

• bildande av en ansvarsfull inställning till lärande, beredskap för självutveckling och självutbildning;
• bildande av kommunikativ kompetens i kommunikation och samarbete med kamrater.
• bildandet av hållbar pedagogisk och kognitiv motivation och intresse för lärande.

Regulatorisk UUD:

• implementering av reglerande åtgärder för självobservation, självkontroll, självbedömning under lektionsprocessen;
• utveckling av förmågan att självständigt kontrollera sin tid och hantera den.

• självständigt sätta upp nya lärandemål och mål;
• adekvat bedöma sin förmåga att uppnå målet.

Kommunikativ UUD:

• organisation och planering av utbildningssamarbete med lärare och kamrater,
• användningen av adekvat språk innebär att visa sina känslor, tankar, motiv och behov.
• konstruktion av muntliga och skriftliga uttalanden, i enlighet med den uppställda kommunikativa uppgiften;

Eleverna kommer att få möjlighet att lära sig:

• ta hänsyn till olika åsikter och intressen och motivera sin egen ståndpunkt; ta ledningen för att organisera gemensamma åtgärder;
• delta i en gruppdiskussion om problemet.

Kognitiv UUD: konstruktion av logiska resonemang, inklusive upprättande av orsak-och-verkan relationer;

Eleverna kommer att få möjlighet att lära sig:

• utgöra ett problem, argumentera för dess relevans;
• söka efter det mest effektiva sättet att uppnå målet.

Teknologisk karta över lektionen

	Lektionsstadiet	Läraraktivitet	Studentverksamhet	Resultat	Universella lärandeaktiviteter
	Organisatorisk	Anordnar förberedande aktiviteter	Matlagning arbetsplats	Redo för lektionen	Personlig UUD: Kommunikativ UUD: förmågan att lyssna
	Upprepning av tidigare studerat material	Anordnar aktiviteter för att kontrollera det studerade materialet i form av ett prov	Arbeta med testmaterial om ett tidigare studerat ämne.	Självkontrolltestfrågor.	Kognitiv UUD: Personlig UUD: moralisk och etisk bedömning
	Målsättning och motivation	Skapar en problemsituation som är nödvändig för att ställa in en inlärningsuppgift	Kom ihåg vad de vet om ämnet som studeras Organisera information Gör antaganden Formulera det du behöver veta	Eleverna formulerar lektionens ämne och bestämmer målen för lektionen	Kognitiv UUD: Analysera, arbeta självständigt
	Primär assimilering av ny kunskap ("upptäckt" av ny kunskap)	Organiserar experimentet och diskussionen om resultaten	Observation av experimentet, genomföra egna experiment, lägga fram hypoteser, diskutera dem, formulera slutsatser, korrigera dem	Genomförd erfarenhet, inspelade slutsatser; slutsatsen om materiens tillstånd görs av eleverna själva	Personlig UUD: Förmåga att navigera i sociala roller och mellanmänskliga relationer Regulatorisk UUD: Bestämning av sekvensen av mellanmål, med hänsyn till slutresultatet; kontroll av åtgärdsmetoden och dess resultat; göra nödvändiga tillägg och justeringar Kognitiv UUD: Utarbeta en plan och sekvens av åtgärder; förutsäga resultatet och välja de mest effektiva sätten att lösa problem beroende på särskilda villkor Kommunikativ UUD: Planera pedagogiskt samarbete med läraren och kamrater, sätt att interagera; förmågan att uttrycka sina tankar i enlighet med uppgifterna och villkoren för kommunikation; besittning av monolog och dialogiska former av tal
	Inledande kontroll av förståelsen	Organiserar en frontal check av förståelse för nytt material	Svara på frågor: om att bibehålla volymen, formen, om övergången till ett annat tillstånd (diskutera vid behov svaren i grupper)	Förstå de grundläggande begreppen och lektionsmaterialet	Kognitiv UUD: Kommunikativ UUD: Förmåga att uttrycka dina tankar
	Primär konsolidering av ny kunskap	Skapar en problemsituation som behöver lösas utifrån det läromedel som studeras på lektionen	Utför uppgiften, kom ihåg, återskapa fraser skriftligt, korrelera med målinställningen (diskutera svaren i grupp vid behov)	Genom att organisera självständigt praktiskt arbete drar eleverna självständigt slutsatser och förklarar erhållna resultat.	Regulatorisk UUD: Oberoende aktivering av tankeprocesser, kontroll av korrektheten av jämförelsen av information, justering av ens resonemang Kognitiv UUD: Självskapande av sätt att lösa problem av kreativ karaktär Kommunikativ UUD: Förmåga att uttrycka dina tankar
	Sammanfattning av lektionen (reflektion av pedagogisk kunskap)	Organiserar en diskussion om resultatet av lektionen	Arbeta med utdelat material, svara på frågor (diskutera vid behov svar i grupper). Formulera slutsatser om att nå målet med lektionen	Formulering av elever: vilka mål med lektionen uppnåddes under lektionen	Personlig UUD: Bedöma den personliga betydelsen av den information som erhålls i lektionen ur praktisk synvinkel Kognitiv UUD: Förmåga att generalisera, formulera en slutsats
	Information om läxor, information om genomförandet	Meddelar D/Z: §§ 11-12; frågor; arbeta med ett bord	Perception, medvetenhet om D/Z, inspelning	Inspelning av elever D/Z i dagböcker	Personlig UUD: Att bedöma komplexitetsnivån för D/Z när man väljer det för eleverna att prestera på egen hand Regulatorisk UUD: Organisation av eleverna av deras utbildningsverksamhet
	Reflexion lärandeaktiviteter	Inbjuder eleverna att välja ändelser på fraser: Idag lärde jag mig ... Det var intressant… Det var svårt… Jag insåg det... Jag lärde… Jag blev förvånad...	Välj frasslut enligt deras egen interna bedömning	Analys av resultaten av sin egen verksamhet; identifiering av befintliga luckor i förvärvad kunskap	Personlig UUD: Förmåga att analysera resultaten av sin egen verksamhet; identifiera befintliga luckor i den förvärvade kunskapen. Regulatorisk UUD: Organisation av studenter av deras utbildningsverksamhet, beroende på de identifierade luckorna i den förvärvade nya kunskapen; förmåga att utöva självkontroll och självkänsla

Under lektionerna

I. Organisatorisk del

(Hälsning, kontroll av beredskap för lektionen, känslomässigt humör.)

Hej grabbar! Hälsa på varandra. Och jag är glad att välkomna dig till lektionen, där vi kommer att fortsätta att öppna sidorna i kunskap om världen omkring oss. Vi väntar framåt intressanta upptäckter. Redo? ja! Då sätter vi igång...

II. Upprepning av tidigare studerat material

Killar, låt oss komma ihåg vad vi pratade om i förra lektionen.

Jag erbjuder dig ett test på ämnet: "Fysiska fenomen" (frågor skrivs ut på elevernas bord, studenter svarar skriftligt, med självrannsakan)

1. Vilket av följande är en fysisk kropp?

1. en sked
2. en sten
3. Sol
4. regn
5. papper
6. Orkan.

2. Vilket av följande är ett ämne?

1. papper
2. träd
3. järn
4. penna
5. rep
6. luft
7. penna
8. glas.

3. Vilka ord betecknar fysiska storheter?

1. fart
2. linjal.

4. Vilka fenomen är mekaniska?

1. Fågelflyg
2. solstrålning
3. fallande regndroppar

5. Vilka fenomen är fysiska?

1. Regnbåge
2. gulnade blad
3. fallande regndroppar.

III. Målsättning och motivation

Människan har länge försökt förklara de fenomen som förekommer i naturen, att känna inte bara det hörbara, utan också det ohörbara, inte bara det synliga, utan också det osynliga.

Vi vet alla att vatten kan vara både flytande (detta är dess naturliga tillstånd) och fast - is (vid temperaturer under 0 ° C) och gasformig - vattenånga (slide nr 1). Är egenskaperna hos vatten, is och vattenånga olika? Det kan vara svårt för vissa att svara på. Tänk därför på ett annat exempel: diamant och grafit, två kroppar som består av kol (bild nummer 2). Är deras egenskaper olika? Naturligtvis är grafit lätt skiktat - blyertspennan är ett bevis på detta, diamant är en av de hårdaste stenarna. Hur kan en sådan skillnad förklaras?

Bra gjort! För att svara på denna fråga, och många andra, är det nödvändigt att känna till det interna "arrangemanget" av organ.

Vad tror du är ämnet för lektionen som "förväntar" oss idag?

Lektionens ämne: Materiens struktur. Molekyler och atomer.

Mål, som vi sätter oss idag: att få en uppfattning om materiens inre struktur, att svara på frågor

• Hur bevisar man att alla ämnen består av partiklar?
• Vilka är dimensionerna och massorna av materiens partiklar?
• Varför syns inte partiklarna som utgör materia?
• Varför verkar fasta ämnen som består av partiklar fasta?

Öppna dina arbetsböcker och skriv ner ämnet för dagens lektion ”Materiens struktur. Molekyler och atomer” (bild nummer 3)

IV. Primär assimilering av ny kunskap

Du kommer inte att tro det, men mänskligheten ställdes frågor om det interna "arrangemanget" av kroppar i antiken. Legenden säger att i Antikens Grekland på 4-500-talen f.Kr vetenskapsmannen Democritus (bild nummer 4), med ett äpple i handen, tänkte: hur många gånger kan ett äpple skäras i bitar?

Det stämmer, uppdelningen av ett äpple kan utföras till någon liten del. Demokritus kallade denna lilla och odelbara del för en atom, vilket översatt från antiken grekisk så det översätts "odelbar". Forskare på 1700-talet fortsatte att studera materiens struktur. Men från antiken till idag är uttalandet om materiens struktur ett av de mest sanna och betydelsefulla för studiet av termiska, elektriska och kvantfenomen. Hur kan vi formulera detta påstående.

Höger. Alla ämnen är uppbyggda av små partiklar som kallas molekyler.

Killar, snälla ta blad nr 1 "Materiens struktur"

Ditt mål är att fylla i den här tabellen under lektionen. Vi skriver ner det första påståendet. Låt oss nu tänka på hur detta uttalande kan bevisas. Det finns två sätt: direkt (bild 5) och experimentell (bild 6). Det fanns inga mikroskop i antikens Grekland, inte vi heller, och inte i alla fysiskt laboratorium det finns sådan utrustning, så vi kommer att använda den andra metoden för att bevisa förekomsten av molekyler.

Jag kan demonstrera följande experiment: ett experiment med bägare med en liten volym vatten och ett glas färgat vatten. När man häller vatten från ett glas i bägare nr 1, från bägare nr 1 i bägare 2, från bägare nr 2 i bägare nr 3. Vi observerar att vattnet i bägaren var färgat, men inte lika starkt som i bägaren glas.

Titta nu på utrustningen du har på ditt skrivbord och fundera på vilken utrustning du kan använda för att bevisa det första påståendet. Vi tänkte, diskuterade i par, gjorde det, skrev ner det i en tabell .

Bra gjort! Molekylernas värld är unik och fantastisk. Här är en annan upplevelse (bild nummer 7). Häll 100 ml vatten i en bägare och 100 ml färgad alkohol i den andra. Häll vätskan från dessa bägare i den tredje (se bild). Överraskande nog kommer volymen av blandningen inte att visa sig vara 200 ml, men mindre: 190 ml. Massan av blandningen är dock exakt lika med summan av massorna av vatten och alkohol. (I experimentet kan alkohol ersättas med raffinerat socker.)

Varför händer det här?

Eller så kan en ballong klämmas utan större svårighet. Varför?

Det finns luckor mellan molekyler. Skriv det andra påståendet i tabellen. Titta på utrustningen du har på ditt skrivbord och fundera över vilken utrustning du kan använda för att bevisa det andra påståendet. Vi tänkte, diskuterade i par, gjorde det, skrev ner det i en tabell

Slutsats: alla ämnen är uppbyggda av molekyler och det finns luckor mellan molekylerna! Men vi ser alla kroppar som solida. (bildnummer 8) Faktum är att molekylerna är så små att ögats optiska kraft inte räcker till för att se molekylerna. Ett experiment kommer att hjälpa till att bestämma storleken på molekylerna. (bildnummer 9) Storleken på oljemolekylen

d \u003d 1,6 10 -9 m \u003d 1,6 nm ( nano meter).

Trots sin lilla storlek är molekyler uppbyggda av ännu mindre partiklar - atomer. Till exempel är den minsta vattenpartikeln en vattenmolekyl. (bildnummer 10) Den består av tre atomer: två H-atomer - väte och en O-atom - syre. Kunskap om atomer idag inom vetenskapen gör att du kan skapa inte bara bilar eller elbilar, utan också nanomobiler. (bild nummer 11)

Forskare har bevisat att molekylerna av olika ämnen skiljer sig från varandra, och att molekylerna i ett ämne är desamma. Vattenmolekyler är samma, kolmolekyler i grafit och diamant är samma. På frågan: varför egenskaperna hos dessa kroppar skiljer sig, kommer vi att svara med dig i våra nästa lektioner ...

V. Primärt test av förståelse

Vi har den sista kolumnen i tabellen kvar tom. Tänk på vad som skulle hända om det inte fanns några molekyler? Vad skulle hända om det inte fanns några luckor mellan molekylerna?

De tänkte, diskuterade i par, skrev ner i en tabell .

Killar, stå upp, snälla, som helt har klarat av denna uppgift.

VI. Fysisk träningsminut

Övningar för att lindra muskelspänningar. Molekylspel. Under leken delas barn in i grupper om 1, 2, 3 osv. Mänsklig.

VII. Primär konsolidering av ny kunskap

Videofråga " termisk expansion solid kropp ”(bild nr 12)

Se video med ljudet avstängt. Barnen uppmanas att svara på frågorna: Vad kommer att hända härnäst? (videon stannar vid uppvärmningen av bollen); Kommentera videon.

tänkte och diskuterade i par .

VIII. Sammanfattning av lektionen

”Om jag ville läsa utan att kunna bokstäverna skulle det vara nonsens. På samma sätt, om jag ville bedöma naturfenomenen utan att ha någon aning om sakers början, skulle det vara samma nonsens. Dessa ord tillhör den ryska forskaren M.V. Lomonosov.

Låt oss sammanfatta lektionen. För att göra detta, utför följande uppgifter:

Idag är kunskap om materiens molekyler grunden för atom- och kärnfysik, som gjorde det möjligt att utveckla nanoteknik.(bild nr 15) I nästa lektion kommer vi att fortsätta studera molekylernas egenskaper och kommer att kunna svara på frågorna: varför består vatten, vattenånga och is (diamant och grafit) av samma molekyler, men deras egenskaper är olika, varför de sprider lukter och färgade vätskor. Och vi kan komplettera tabell nummer 1 helt.

IX. Information om läxor, information om genomförandet

Läxa:

1. styckena 7-8; frågor;
2. relaterat meddelande " Intressanta fakta om molekyler.

X. Reflektion

Under loppet av vår lektion visade du att du är observant experimentell, som inte bara kan lägga märke till allt nytt och intressant runt dig, utan också självständigt bedriva vetenskaplig forskning.

Vår lektion har nått sitt slut. Låt oss svara på frågan: "Vad gillade du med lektionen?"

Tack killar för gemensamt arbete. Jag var glad att träffa dig. Vi ses!

Tillbaka framåt

Uppmärksamhet! Förhandsvisning bilderna är endast i informationssyfte och representerar kanske inte hela omfattningen av presentationen. Om du är intresserad detta jobb ladda ner den fullständiga versionen.

Fysiklektion i årskurs 7 på ämnet ”Materiens struktur. Molecules and Atoms" på grundval av en systemaktivitetsstrategi, som den metodologiska grunden för Federal State Educational Standards LLC, med tillämpning av den tekniska kartan för lektionen (bilaga 4)

Syftet med lektionen:Övervägande av frågor om materiens struktur, strukturen av molekyler, bildandet av ett objektivt behov av att studera nytt material.

pedagogisk:

• att forma förmågan att analysera, jämföra, överföra kunskap till nya situationer, planera sina aktiviteter när man bygger ett svar, utför uppgifter och sökaktiviteter.

utvecklande:

• utveckla förmågan att bygga självständiga uttalanden i muntligt tal utifrån det inlärda utbildningsmaterialet, utveckling av logiskt tänkande.

pedagogisk:

• skapa förutsättningar för positiv motivation i fysikstudier, med hjälp av en mängd olika aktivitetsmetoder,
• ge intressant information att odla en känsla av respekt för samtalspartnern, en individuell kommunikationskultur.

Typ av lektion: lektion om "upptäckt" av ny kunskap.

Undervisningsmetoder: heuristisk, förklarande och illustrativ, problematisk, demonstrationer och praktiska uppgifter, lösningen på problemet med fysiskt innehåll.

Teknisk utrustning: dator med internetuppkoppling, projektor, duk.

Laboratorieutrustning för att demonstrera experiment på lärarens bord: ett äpple, en kniv, en gummiboll (uppblåst luftballong), en modell av elastiska fjädrar, två böcker med sidor kapslade i varandra, en bägare med vatten, ett glas vatten, ett glas färgat vatten, en bägare alkohol, sluten kolv med rök,

Laboratorieutrustning för att utföra experiment på elevernas skrivbord: metalltråd, anteckningsbok, en kolv med vatten, ett glas, ett färgämne, plasticine, gummi, kapron

Undervisningsstrukturer som används i lektionen (strukturer i Singapore-programmet "Transforming Learning for the 21st Century"):

• Singel Relly Robin - tänk - diskutera - gör - skriv ner;
• Zum Ying - primärt kunskapstest;

Handlingsbara frågor:

• Generativ (medverkan i kognitionsprocessen);
• Konstruktiv (bygga ny kunskap);
• Underlättande (utveckling av eget tänkande);
• Utresebiljett (reflektion av utbildningsaktiviteter);
• Take Off - Touch Down (för att få information om kvaliteten på uppgifterna av klassen) / stå upp - sitta ner /.

LEKTIONSPLANERING:

1. Organisatoriskt ögonblick (1 min);
2. Stadiet för målsättning och lektionens uppgift (4 min);
3. Stadiet för att få ny kunskap (8 min);
4. Stadium av studenters forskningsarbete (15 min);
5. Stadiet för generalisering och konsolidering av nytt material (13 min);
6. Sista etappen: läxor, lektionsresultat (2 min);
7. Reflektion (2 min).

UNDER Lektionerna

jag. Organisatorisk del (hälsning, kontroll av redo för lektionen, känslomässigt humör)

Hej grabbar! Hälsa på varandra. Och jag är glad att välkomna dig till lektionen, där vi kommer att fortsätta att öppna sidorna i kunskap om världen omkring oss. Intressanta upptäckter ligger framför oss. Redo? ja! Då sätter vi igång...

II. Målsättning och motivation

Människan har länge försökt förklara de fenomen som förekommer i naturen, att känna inte bara det hörbara, utan också det ohörbara, inte bara det synliga, utan också det osynliga.

Vi vet alla att vatten kan vara både flytande (detta är dess naturliga tillstånd) och fast - is (vid temperaturer under 0 ° C) och gasformig - vattenånga (slide nr 1). Är egenskaperna hos vatten, is och vattenånga olika? Det kan vara svårt för vissa att svara på. Tänk därför på ett annat exempel: diamant och grafit, två kroppar som består av kol (bild nummer 2). Är deras egenskaper olika? Naturligtvis är grafit lätt skiktat - blyertspennan är ett bevis på detta, diamant är en av de hårdaste stenarna. Hur kan en sådan skillnad förklaras?

Bra gjort! För att svara på denna fråga, och många andra, är det nödvändigt att känna till det interna "arrangemanget" av organ.

Vad tror du är ämnet för lektionen som "förväntar" oss idag?

Lektionsämne: Materiens struktur. Molekyler och atomer.

Målet som vi sätter upp för oss själva idag är att få en uppfattning om materiens inre struktur, att svara på frågor

3. Varför syns inte partiklarna som utgör ämnet?

4. Varför verkar fasta kroppar som består av partiklar vara fasta?

Öppna dina arbetsböcker och skriv ner ämnet för dagens lektion ”Materiens struktur. Molekyler och atomer” (bild nummer 3)

III. Primär assimilering av ny kunskap

Du kommer inte att tro det, men mänskligheten ställdes frågor om det interna "arrangemanget" av kroppar i antiken. Legenden säger att i antikens Grekland, IV-V århundraden FÖRE KRISTUS. vetenskapsmannen Democritus (bild nummer 4), med ett äpple i handen, tänkte: hur många gånger kan ett äpple skäras i bitar? (Effektiva generativa frågor)

Det stämmer, uppdelningen av ett äpple kan utföras till någon liten del. Demokritus kallade denna lilla och odelbara del för en atom, vilket från antikens grekiska översätts till "odelbar". Forskare på 1700-talet fortsatte att studera materiens struktur. Men från antiken till idag är uttalandet om materiens struktur ett av de mest sanna och betydelsefulla för studiet av termiska, elektriska och kvantfenomen. Hur kan vi formulera detta påstående.

Höger. Alla ämnen är uppbyggda av små partiklar som kallas molekyler.

Killar, snälla ta blad nr 1 "Materiens struktur" (Bilaga 1). Ditt mål är att fylla i den här tabellen under lektionen. Vi skriver ner det första påståendet. Låt oss nu tänka på hur detta uttalande kan bevisas. Det finns två sätt: direkt (bild 5) och experimentell (bild 6). Det fanns inga mikroskop i antikens Grekland, inte vi heller, och inte alla fysiska laboratorium har sådan utrustning, så vi kommer att använda det andra sättet för att bevisa förekomsten av molekyler.

Jag kan demonstrera följande experiment: ett experiment med bägare med en liten volym vatten och ett glas färgat vatten. När man häller vatten från ett glas i bägare nr 1, från bägare nr 1 i bägare 2, från bägare nr 2 i bägare nr 3. Vi observerar att vattnet i bägaren var färgat, men inte lika starkt som i bägaren glas.

Titta nu på utrustningen du har på ditt skrivbord och fundera på vilken utrustning du kan använda för att bevisa det första påståendet. Vi tänkte, diskuterade i par, gjorde det, skrev ner det i en tabell . (Singal Relly Robin: läraren frågar eleven vad hans axelpartner sa till honom)

Bra gjort! Molekylernas värld är unik och fantastisk. Här är en annan upplevelse (bild nummer 7). Häll 100 ml vatten i en bägare och 100 ml färgad alkohol i den andra. Häll vätskan från dessa bägare i den tredje (se bild). Överraskande nog kommer volymen av blandningen inte att visa sig vara 200 ml, men mindre: 190 ml. Massan av blandningen är dock exakt lika med summan av massorna av vatten och alkohol. / I experimentet kan alkohol ersättas med raffinerat socker /

Varför händer det här? (Effektiva konstruktiva frågor)

Eller så kan en ballong klämmas utan större svårighet. Varför?

Det finns luckor mellan molekyler. Skriv det andra påståendet i tabellen. Titta på utrustningen du har på ditt skrivbord och fundera över vilken utrustning du kan använda för att bevisa det andra påståendet. Vi tänkte, diskuterade i par, gjorde det, skrev ner det i en tabell .(Singal Relly Robin: läraren frågar eleven vad hans axelpartner sa till honom)

Slutsats: alla ämnen är uppbyggda av molekyler och det finns luckor mellan molekylerna! Men vi ser alla kroppar som solida. (bildnummer 8) Faktum är att molekylerna är så små att ögats optiska kraft inte räcker till för att se molekylerna. Ett experiment kommer att hjälpa till att bestämma storleken på molekylerna. (slide nr. 9) Oljemolekylstorlek d=1,6*10 -9 m=1,6 nm ( nano meter).

Trots sin lilla storlek är molekyler uppbyggda av ännu mindre partiklar - atomer. Till exempel är den minsta vattenpartikeln en vattenmolekyl. (bildnummer 10) Den består av tre atomer: två H-atomer - väte och en O-atom - syre. Kunskap om atomer idag inom vetenskapen gör att du kan skapa inte bara bilar eller elbilar, utan också nanomobiler. (bild nummer 11)

Forskare har bevisat att molekylerna av olika ämnen skiljer sig från varandra, och att molekylerna i ett ämne är desamma. Vattenmolekyler är samma (slide nr 12), kolmolekyler i grafit och diamant är samma (slide nr 13). På frågan: varför egenskaperna hos dessa kroppar skiljer sig, kommer vi att svara med dig i våra nästa lektioner ...

IV. Inledande kontroll av förståelsen

Vi har den sista kolumnen i tabellen kvar tom. Tänk på vad som skulle hända om det inte fanns några molekyler? Vad skulle hända om det inte fanns några luckor mellan molekylerna? (Effektiva underlättande frågor)

De tänkte, diskuterade i par, skrev ner i en tabell . (Singal Relly Robin)

Killar, stå upp, snälla, som helt har klarat av denna uppgift. ( Take-of-Touch Down). Tack!

V. Fysisk utbildning: övningar för att lindra muskelspänningar

VI. Primär konsolidering av ny kunskap: Videofråga "Termisk expansion av en solid kropp" http://class-fizika.narod.ru/vid.htm (bild nr 14)

Titta på video med ljudet avstängt. Barnen uppmanas att svara på frågorna: Vad kommer att hända härnäst? (videon stannar vid uppvärmningen av bollen); Kommentera videon. (Zoom Ying)

tänkte och diskuterade i par . (Singal Relly Robin: läraren frågar eleven vad han tycker, hur han själv svarat)

VII. Sammanfattning av lektionen

”Om jag ville läsa utan att kunna bokstäverna skulle det vara nonsens. På samma sätt, om jag ville bedöma naturfenomenen utan att ha någon aning om sakers början, så vore det samma nonsens. Dessa ord tillhör den ryska forskaren M.V. Lomonosov.

Låt oss sammanfatta lektionen. För att göra detta, utför följande uppgifter: (Bilaga 2) reflektion av pedagogisk kunskap.(bild nummer 15-16)

Idag är kunskap om materiens molekyler grunden för atom- och kärnfysik, vilket gjorde det möjligt att utveckla nanoteknik.(slide nr 17) I nästa lektion kommer vi att fortsätta studera molekylernas egenskaper och kommer att kunna svara på frågorna: varför vatten, vattenånga och is (diamant och grafit) består av samma molekyler, men har olika egenskaper, varför lukt sprids och vätskor färgas. Och vi kan komplettera tabell nummer 1 helt.

VIII. Information om läxor, information om genomförandet

Läxa:

- punkterna 7-8; frågor;

- korsord - vice versa;

– ett meddelande om ämnet "Intressanta fakta om molekyler".

IX. Reflexion

Under loppet av vår lektion visade du att du är observant experimentell, som inte bara kan lägga märke till allt nytt och intressant runt dig, utan också självständigt bedriva vetenskaplig forskning.

Vår lektion har nått sitt slut. Låt oss svara på frågan: "Vad gillade du med lektionen?". Reflektion av lärandeaktiviteter (bilaga 3) .

Tack grabbar för samarbetet. Jag var glad att träffa dig. Vi ses!

Begagnade böcker

1. Bildande av universell pedagogisk verksamhet i grundskolan: från handling till tanke. Uppgiftssystem: lärarhandledning / (A.G. Asmolov, G.V. Burmenskaya, I.A. Volodarskaya och andra) ed. A.G. Asmolov. - 2:a uppl. – M.: Upplysning, 2011.

2. Teknik för lektionsförberedelser i den moderna utbildningsmiljön: en manual för allmänlärare. institutioner / E.V. Chernobay. - M .: Utbildning, 2012. - (Vi arbetar efter nya standarder).

3. Razumovsky V.G., Maier V.V. Problem med GEF och skolbarns vetenskapliga läskunnighet eller en ny standard för utbildning i handling: lära ut och utbilda en kreativt tänkande person i fysiklektioner. // Fysik i skolan. - 2012. - Nr 5.

4. Naydenov A.M. Nya utbildningsstandarder som ett medel för elevutveckling. // Fysik i skolan. - 2012. - Nr 5

5. Feshchenko T.S., Churilov V.I. Vi lär oss att arbeta enligt nya standarder. Den nya kvaliteten på lärarens arbete är elevens nya framgång. // Fysik. Allt för läraren. - 2012. - Nr 6.

6. Ya. I. Perelman. Underhållande fysik: bok 1. - M .: AST Publishing House LLC, 2001.

7. A.V. Peryshkin. Fysik. Årskurs 7: Lärobok för läroanstalter. - M .: "Business Bustard", 2008.

Hur små är de minsta partiklarna av materia? Är det någon skillnad mellan molekylerna av samma ämne? Kan du räkna molekylerna i ett knappnålshuvud? Vi kommer att diskutera dessa och andra frågor mer i detalj och hitta svar tillsammans.

1. Skilj mellan en atom och en molekyl

Från förra kursen "Naturhistoria" vet du redan att alla ämnen består av små partiklar - molekyler och atomer. Du vet också att materiens primära beståndsdelar - atomer - har speciella namn och symboler för varje typ av atom. Till exempel: väte (H), kvicksilver (Hg), syre (O), kol (C). atomer olika typer skiljer sig från varandra i sina kemiska egenskaper och massa. Med den fysikaliska kvantitet som kallas "massa" har du redan träffat i § 9. Vad är "kemiska egenskaper", kommer du att lära dig från kursen i kemi.

Från och med 2005 är endast 116 olika typer av atomer kända för vetenskapen. ”Det kan inte vara”, invänder du. ”Hur är det, bara 116? Var och en av oss kan lätt lista 200-300, och kanske fler olika ämnen. Ja, verkligen, det finns miljontals olika ämnen i världen. Hur kombinerar man existensen av endast 116 olika typer av atomer med miljontals olika ämnen? Faktum är att de flesta ämnen är uppbyggda av molekyler.

Ris. 2.11. Modeller av molekyler av vissa ämnen: a - metan (CH 4); b - svavelsyra (H2SO4); c - vatten (H2O). (Blå bollar är väteatomer, röd är syre, grön är svavel, gul är kol.)

En molekyl är den minsta partikeln av ett ämne som har sina grundläggande kemiska egenskaper och består av atomer.

Situationen med olika ämnen påminner mycket om att göra upp tusentals olika ord från "bara" 32 olika bokstäver i alfabetet. I denna jämförelse är varje bokstav så att säga en separat atom, och varje ord motsvarar en molekyl, d.v.s. ett visst ämne.

På fig. 2.11, och du ser en schematisk representation av metanmolekylen, som består av fem atomer: fyra väteatomer och en kolatom. För att använda vår analogi är detta ett ord på fem bokstäver. På fig. 2.11, b visar ett diagram över en mer komplex svavelsyramolekyl, bestående av sju atomer. Analogen till denna molekyl är ett ord på sju bokstäver. Av de givna exemplen är det tydligt att varje ny molekyl (ny kombination av atomer) motsvarar ett nytt ämne.

2. Lär känna enkla och komplexa ämnen

Låt oss fortsätta vår analogi med att jämföra ämnen med ord. Du vet säkert det bredvid vanliga ord som består av flera olika bokstäver, vi uttalar ibland ord med bara en bokstav (till exempel "jag", "aa ...", "uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu...")... Det är samma sak med substanser. Vissa av dem består av endast en sorts atom (en kemiskt element) och kallas därför enkla (se fig. 2.12). Exempel på sådana ämnen är kol, järn osv.

Det är ganska uppenbart att det finns många fler ord som består av flera bokstäver än ord av en bokstav. Det är samma sak med ämnen. Oftast i Vardagsliv vi konfronteras med ämnen vars molekyler är sammansatta av atomer av flera olika typer. Dessa ämnen kallas så - komplexa (se fig. 2.11).

• Kontrollfrågor

1. Hur många olika typer av atomer är kända för vetenskapen? Hur skiljer de sig från varandra?

2. Vilka ämnen kallas enkla? Ge exempel.

3. Ge exempel på några komplexa ämnen. Vilka atomer är de gjorda av?

4. Hur kan du bevisa att det finns luckor mellan materiens partiklar?

5. Hur visar man att atomer och molekyler är väldigt små?

6. Översatt från grekiska betyder "atom" "odelbar". Är det så?

• Övningar

1. Kan vi säga att volymen av ett ämne i ett kärl är lika med summan av volymerna av molekylerna som utgör detta ämne?
2. Kan vi ändra volymen på en kropp utan att ändra antalet molekyler i den? Hur man gör det?
3. Det är känt att under samma förhållanden innehåller olika gaser i samma volym samma antal molekyler, och gasernas densiteter är olika. Hur kan man förklara skillnaden i gasernas densitet?
4. Beräkna ungefär hur många molekyler som kan placeras längs ett 0,5 mm segment. Betrakta diametern på en molekyl som 0,0000000001 m.
5. Det är känt att vår Galaxy Vintergatan innehåller cirka 9 miljarder stjärnor. Hur många gånger är antalet molekyler i 1 cm 3 luft, lika (under normala förhållanden) 3 10 10, större än det angivna antalet stjärnor?
6*. Den yta av filmen som en droppe olja med en volym av 0,005 mm 3 bildar på vattenytan får inte överstiga 50 cm 2. Vilken slutsats om storleken på oljemolekyler följer av detta faktum?

• Experimentella uppgifter

1. Lös upp ett färgkorn i vatten som hälls i ett genomskinligt kärl. Häll lite färgat vatten i ett annat kärl och tillsätt rent vatten. Jämför färgen på lösningen i det första och andra kärlet. På samma sätt, späd lösningen några gånger till. Jämför färgen på den sista lösningen med rent vatten. Förklara resultatet.

2. Gör modeller av två vattenmolekyler av färgad plasticine. Komponera modeller av väte- och syremolekyler från dessa modeller.

• Fysik och teknik i Ukraina

Georgy Vyacheslavovich Kurdyumov (1902-1996)- en enastående metallfysiker, professor, akademiker vid de ryska och ukrainska vetenskapsakademierna. Under lång tid arbetade han i Dnepropetrovsk och Kiev, där han skapade moderna vetenskapliga skolor om studier av fysik av metaller och legeringar.

Hans viktigaste resultat vetenskaplig verksamhet Ur praktisk synvinkel var det skapandet av de vetenskapliga grunderna för värmebehandling av metaller - medlet för betydande härdning av stål - och skapandet av nya material med unika egenskaper.

Akademikern Kurdyumov är också känd för sina grundläggande studier av stålens kristallstruktur och upptäckten av den så kallade "Kurdyumov-effekten".

Presidiet för National Academy of Arts of Ukraine presenterade priset för dem. G. V. Kurdyumova.

Fysik. Årskurs 7: Lärobok / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X .: Förlaget "Ranok", 2007. - 192 s.: ill.

Lektionens innehåll lektionssammanfattning och stödram lektionspresentation interaktiva tekniker som accelererar undervisningsmetoder Öva frågesporter, testa onlineuppgifter och övningar läxverkstäder och träningsfrågor för klassdiskussioner Illustrationer video- och ljudmaterial foton, bilder grafik, tabeller, scheman serier, liknelser, talesätt, korsord, anekdoter, skämt, citat Tillägg abstracts cheat sheets chips för nyfikna artiklar (MAN) litteratur huvud och ytterligare ordlista med termer Förbättra läroböcker och lektioner rätta fel i läroboken genom att ersätta föråldrade kunskaper med nya Endast för lärare kalenderplaner lärande program riktlinjer

Ämnen började aktivt studeras av Lomonosov. Den ryska vetenskapsmannen var den första att tillämpa en teori i kemi, vars kärna reducerades till vissa bestämmelser.

1. Alla ämnen inkluderar "kroppar" i sin sammansättning. Denna term Lomonosov kallas molekyler.
2. Korpuskler är uppbyggda av "element". Lomonosov använde denna term för att beteckna atomer.
3. Alla partiklar (både atomer och molekyler) rör sig hela tiden. Termiskt tillstånd av alla kroppar är resultatet av rörelsen av deras ingående partiklar.
4. Identiska atomer utgör molekyler i olika atomer - molekyler i komplexa ämnen.

Den atomistiska doktrinen tillämpades därefter av Dalton. Grunden för den engelska vetenskapsmannens teori, som kännetecknar materiens struktur, upprepar Lomonosovs teori. Men Dalton utvecklade det något. Den engelska vetenskapsmannen försökte bestämma atommassorna för de element som var kända vid den tiden. Dalton förnekade dock att ha gjort det enkla ämnen molekyler, med argumentet att ett enkelt ämne bara innehåller atomer. Medan komplexa element inkluderar "komplexa atomer".

Läran om ämnens atomära och molekylära struktur etablerades slutligen först i mitten av 1800-talet.

En molekyl är den minsta partikeln av ett ämne. Det har alla elementets kemiska egenskaper. En atom är den minsta partikel som ingår i molekylerna av komplexa och enkla ämnen. Sammansättningen av en atom bestämmer de kemiska egenskaperna hos elementen. Enligt denna bestämmelse, modern definition minsta partikel. Således är en atom en elektriskt neutral partikel. Den består av en positivt laddad kärna och negativt laddade elektroner.

I enlighet med moderna koncept utgör molekyler ång- och gaskroppar. I fasta ämnen finns de minsta partiklarna (molekylerna) närvarande förutsatt att det finns ett kristallgitter, som i sin tur,

Det finns flera grundläggande läror.

Teorin som förklarar materiens struktur indikerar närvaron av vissa luckor mellan partiklar. Dimensionerna på dessa avstånd beror på temperaturen och föremålet. De största luckorna mellan molekyler observeras i gasformiga kroppar. Detta gör att gasernas förmåga lätt komprimeras. Avståndet mellan molekyler i vätskor är mycket mindre, så de är svårare att komprimera. Fasta ämnen är praktiskt taget inkompressibla på grund av att gapen mellan partiklarna är små.

Molekyler är ständigt i rörelse. Ju högre desto högre hastighet. Mellan partiklar finns krafter av ömsesidig avstötning och attraktion.

En typ av atom skiljer sig från en annan i egenskaper och massa.

Ämnen med molekylär struktur i fast form har noder kristallgitter som inkluderar molekyler. Bindningarna mellan partiklarna är svaga och bryts vid upphettning. Därför har sådana kroppar låga smältpunkter.

Kroppar kan ha en annan struktur. Ämnen kan bestå av atomer och andra partiklar som utgör noderna i kristallgitter (till exempel i järn, andra metaller). Det finns mycket starka bindningar mellan dessa partiklar. Det tar mycket energi att förstöra dem. Denna materiens struktur antyder hög temperatur smältande.

Många fenomen förklaras utifrån doktrinen. Till exempel diffusion. baseras på partiklars, molekylers, atomers förmåga att tränga in i luckorna som finns mellan atomer eller molekyler i ett annat ämne. Detta är i sin tur möjligt pga konstant rörelse partiklar som utgör kroppen.