Розмір молекули води нм. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

І підрозділу, в якому в загальних рисахрозглянули сучасні способифільтрації, що базуються на принципі сита. І натякнули, що мембранні очищувачі очищають воду з різною якістю, яка залежить від розміру "осередків", які називаються пори, у цих мембранах-ситах. Відповідно, мікрофільтрація води- Це перша технологія з мембранних систем очищення води, яку ми розглянемо.

Мікрофільтрація води - очищення води на рівні великих молекул (макромолекул), таких як частинки азбесту, фарба, вугільний пил, найпростіші цисти, бактерії, іржа. Тоді як макрофільтрація (води) торкається піску, великих частинок мулу, великих частинок іржі і т.д.

Можна орієнтовно сказати, що розміри частинок, які відсіює макрофільтрація - це частинки більші за 1 мікрометр (якщо використовується спеціальний одномікронний картридж). Тоді як розмір частинок, які видаляє мікрофільтрація, це частинки від 1 мікрона до 0,1 мікрона.

Ви можете поставити запитання: "Але якщо видаляються частинки до 0,1 мікрона, то хіба частинки розміром 100 мікрон не зможуть бути затримані за допомогою мікрофільтрації? Навіщо писати "від 1 мікрона до 0,1 мікрона" - це ж протиріччя?"

Насправді особливої ​​суперечності немає. Справді, мікрофільтрація води видалить як бактерій, і величезні шматки піску. Але ціль мікрофільтрації - це не видалення великих шматків піску. Мета мікрофільтрації - як "видалити частинки у вказаному діапазоні розмірів". Тоді як би прольші частки просто заб'ють очищувач і призведуть до додаткових витрат.

Отже, переходимо до характеристики мікрофільтрації води.

Оскільки при мікрофільтрації видаляються частинки розмірами 0,1-1 мікрон, можна сказати, що мікрофільтрація- це мембранна технологіяочищення води, що відбувається на мембранах-ситах з діаметром осередків-пор 0,1-1 мікрон. Тобто, на таких мембранах видаляються всі речовини, які більше 0,5-1 мкм:

Те, наскільки повно вони віддаляються, залежить від діаметра пір і дійсного розміру, скажімо, бактерій. Так, якщо бактерія довга, але тонка, то вона з легкістю пролізе через пори мікрофільтраційної мембрани. А товстіша сферична бактерія залишиться на поверхні "сита".

Найчастіше мікрофільтрація застосовується у харчовій промисловості(для знежирення молока, концентрування соків) та в медицині(Для первинної підготовки лікарської сировини). Також мікрофільтрація використовується у промисловому очищенні питної води — переважно у країнах (наприклад, у Парижі). Хоча ходять чутки, що одна з водоочисних станцій у Москві також використовує технологію мікрофільтрації. Можливо це правда 🙂

Але існують і побутові фільтри на основі мікрофільтрації.

Найбільш поширений приклад - трекові мікрофільтраційні мембрани. Трекові від слова "трек", тобто слід, і ця назва пов'язана з тим, як мембрани даного типувиготовляються. Процедура дуже проста:

1. Полімерна плівка бомбардується частинками, які за рахунок своєї власної великої енергіїпропалюють у плівці сліди - поглиблення приблизно однакового розміру, оскільки частинки, якими бомбардується поверхня, мають однаковий розмір.
2. Потім ця полімерна плівка протруюється у розчині, наприклад, кислоти, щоб сліди від ударів частинок стали наскрізними.
3. Ну а потім проста процедура сушіння та фіксації полімерної плівки на підкладці – і все, трекова мікрофільтраційна мембрана готова!

В результаті ці мембрани відрізняються фіксованим діаметром пор та незначною пористістю в порівнянні з іншими мембранними системами очищення води. І висновок: на цих мембранах видалятимуться частинки лише під певний розмір.

Також існує більш накручений варіант мікрофільтраційних побутових мембран. мікрофільтраційні мембрани з напиленням з активованого вугілля . Тобто, в перераховані вище кроки входить ще один крок - нанесення тонкого шару. На цих мембранах видаляються не тільки бактерії та механічні домішки, а й

• запах,
• органічні речовини,
• і т.д.

Потрібно враховувати, що для мікрофільтраційних мембран є небезпека. Так, бактерії, які не пройшли через мембрану, починають жити на цій мембраніта видавати продукти своєї життєдіяльностіу очищену воду. Тобто виникає вторинне отруєння води. Для того, щоб уникнути цього, необхідно дотримуватися інструкцій виробника щодо регулярної дезінфекції мембран.

Друга небезпека – це те, що бактерії почнуть самостійно їсти ці мембрани. І зроблять у них величезні дірки, які пропускатимуть ті речовини, які мембрана має затримувати. Щоб цього не відбувалося, слід купувати фільтри на основі стійкої до бактерій речовини (наприклад, керамічні мікрофільтраційні мембрани) або бути готовим до частих замін мікрофільтраційних мембран.

Часта заміна мікрофільтраційних мембран підстібається так само тим, що вони не обладнані механізмом промивок. І пори мембрани просто забиваються брудом. Мембрани виходять із ладу.

В принципі, про мікрофільтрацію все. Мікрофільтрація – досить якісний спосіб очищення води. Однак,

Справжнє призначення мікрофільтрації - не підготовка води для пиття (у зв'язку з небезпекою бактеріального забруднення), а попередня підготовка води перед наступними стадіями.

Етап мікрофільтрації знімає з наступних стадій водоочищення більшу частину навантаження.

За матеріалами Як вибрати фільтр для води: http://voda.blox.ua/2008/07/Kak-vybrat-filtr-dlya-vody-22.html

Молярна маса води:

Якщо молекули в рідині упаковані щільно і кожна їх вписується в куб об'ємом V 1з ребром d, то.

Об'єм однієї молекули: ,де: V mодного благаючи, N A- Число Авогадро.

Об'єм одного моля рідини: , де: М-її молярна маса - щільність.

Діаметр молекули:

Обчислюючи, маємо:

Відносна молекулярна вага алюмінію Mr=27. Визначити його основні молекулярні характеристики.

1.Молярна маса алюмінію: M = Mr. 10 -3 M = 27 . 10 -3

Ми не знаємо, чи однаковою залишається температура повітря в бульбашці. Якщо вона однакова, то процес випливання описується рівнянням pV=const. Якщо змінюється, то рівнянням pV/T=const.

Оцінимо, чи великої помилки ми припускаємося, якщо нехтуємо зміною температури.

Припустимо, що ми маємо максимально несприятливий результат. спекотна погодаі температура води на поверхні водойми досягає +25 0 С(298 К). На дні температура не може бути нижчою за +4 0 С (277К), так як цій температурі відповідає максимальна щільність води. Таким чином, різниця температур становить 21К. По відношенню до початкової температури, ця величина становить %%. Навряд чи ми зустрінемо таке водоймище, перепад температур між поверхнею і дном якого дорівнює названій величині. До того ж, бульбашка спливає досить швидко і навряд чи за час спливання вона встигне повністю прогрітися. Таким чином, реальна помилка буде істотно меншою і ми можемо знехтувати зміною температури повітря в бульбашці і скористатися для опису процесу законом Бойля-Маріотта: p 1 V 1 =p 2 V 2, де: p 1- тиск повітря у бульбашці на глибині h (p 1 = p атм. + rgh), p 2- Тиск повітря в бульбашці поблизу поверхні. p 2 = p атм.

(p атм + rgh) V = p атм 2V; ;

У перевернутій догори дній склянці закупорено повітря. У задачі стверджується, що склянка починає тонути лише на певній глибині. Очевидно, якщо його відпустити на глибині меншої деякої критичної глибини, він спливе (передбачається, що склянка розташована строго вертикально і не перекидається).

Рівень, перебуваючи вище за який склянка спливає, а нижче за який тоне, характеризується рівністю сил, прикладених до склянки з різних сторін.

Силами, що діють на склянку у вертикальному напрямку, є сила тяжіння, спрямована вниз, і сила, що виштовхує, спрямована вгору.

Виштовхувальна сила пов'язана з щільністю рідини, в яку вміщено склянку, та обсягом витісненої ним рідини.

Сила тяжіння, що діє на склянку, прямо пропорційна його масі.

З контексту завдання випливає, що з занурення склянки, сила, спрямовану вгору, зменшується. Зменшення сили, що виштовхує, може відбуватися тільки за рахунок зменшення об'єму витісненої рідини, так як рідини практично стисливі і щільність води біля поверхні і на деякій глибині однакова.

Зменшення обсягу витісненої рідини може відбуватися за рахунок стиснення повітря у склянці, яке, у свою чергу, може йти за рахунок збільшення тиску. Зміна температури, у міру занурення склянки, можна не враховувати, якщо нас не цікавить надто висока точність результату. Відповідне обґрунтування наведено у попередньому прикладі.

Зв'язок тиску газу та його обсягу при постійній температурівиражається законом Бойля-Маріотта.

Тиск рідини дійсно збільшується з глибиною і передається на всі боки, в тому числі і вгору, однаково.

Гідростатичний тискпрямо пропорційно щільності рідини та її висоті (глибині занурення).

Записавши в якості вихідного рівняння рівняння, що характеризує стан рівноваги склянки, послідовно підставивши в нього знайдені в ході аналізу завдання вирази і вирішивши отримане рівняння щодо глибини, що шукається, приходимо до того, що для отримання чисельної відповіді нам необхідно знати значення щільності води, атмосферного тиску, маси склянки, її обсягу та прискорення вільного падіння.

Усі проведені міркування можна відобразити так:

Оскільки в тексті завдання немає жодних даних, поставимо їх самостійно.

Дано:

Щільність води r=103 кг/м 3 .

Атмосферний тиск 10 5 Па.

Об'єм склянки 200 мл = 200 . 10 -3 л = 2. 10 -4 м3.

Маса склянки 50 г = 5 . 10-2 кг.

Прискорення вільного падіння g = 10 м/с2.

Чисельне рішення:

Завдання про підйом повітряної кулі так само, як і завдання про склянку, що тоне, може бути віднесена до класу статичних завдань.

Куля почне підніматися так само, як і склянку тонути, як тільки порушиться рівність сил, прикладених до цих тіл і спрямованих вгору і вниз. На кулю, так само, як і на склянку, діють сила тяжіння, спрямована вниз і сила, що виштовхує, спрямована вгору.

Виштовхувальна сила пов'язана із щільністю холодного повітря, що оточує кулю. Ця щільність може бути знайдена з рівняння Менделєєва-Клапейрона.

Сила тяжіння прямо пропорційна масі кулі. Маса кулі, своєю чергою, складається з маси оболонки і маси гарячого повітря, що усередині нього. Маса гарячого повітря також може бути знайдена з рівняння Менделєєва-Клапейрона.

Схематично міркування можуть бути відображені таким чином:

З рівняння можна висловити шукану величину, оцінити можливі значення необхідних отримання чисельного рішення завдання величин, підставити ці величини в отримане рівняння і знайти відповідь у чисельному вигляді.

1. Виразіть масу газу в СІ.

2. Чому дорівнює відносна молекулярна маса цього газу?

3. Чому дорівнює молярна маса даного газу (СІ)?

4. Чому дорівнює кількість речовини, що міститься в посудині?

5. Скільки молекул газу знаходиться у посудині?

6. Чому дорівнює маса однієї молекули цього газу?

7. Назвіть процеси на ділянках 1-2, 2-3, 3-1.

8. Визначте об'єм газу в точках 1,2, 3, 4 у мл, л, м3.

9. Визначте температуру газу в точках 1,2, 3, 4 0 С, К.

10. Визначте тиск газу в точках 1, 2, 3, 4 мм. рт. ст. , Атм, Па.

11. Зобразіть даний процесна графіку залежності тиску від абсолютної температури.

12. Зобразіть цей процес на графіку залежності тиску від об'єму.

Вказівки до рішення:

1. Див умову.

2. Відносна молекулярна маса елемента визначається з допомогою таблиці Менделєєва.

3. M=M r·10 -3 кг/моль.

7. p= Const - ізобаричний; V= Const-ізохоріческій; T= Const - ізотермічний.

8. 1 м 3 = 10 3 л; 1 л = 10 3 мл. 9. T = t+ 273. 10. 1 атм. = 105 Па = 760 мм.рт. ст.

8-10. Можна скористатися рівнянням Менделєєва-Клапейрона, або газовими законамиБойля Маріотта, Гей-Люссака, Шарля.

Відповіді до завдання

m = 0,2 кг
M r = 4
M = 4 · 10 -3 кг/моль
n = 50 моль
N = 3 · 10 25
m =6,7 · 10 -27 кг
1 - 2 - ізобаричний
2 - 3 - ізохоричний
3 - 1 - ізотермічний
№	мл	л	м 3
	2 · 10 5		0,2
	7 · 10 5		0,7
	7 · 10 5		0,7
	4 · 10 5		0,4
№	0 С	До
№	мм рт.ст.	атм	Па
	7,6 · 10 3		10 6
	7,6 · 10 3		10 6
	2,28 · 10 3		0,3 · 10 6
	3,8 · 10 3		0,5 · 10 6

Діаметр молекули води дорівнює приблизно 00000000 см.
Діаметр молекули води, обчислений за допомогою числа Аво-гадро, дорівнює трьом ангстремам. Подібна визначеність об'єктивно властива молекулі будь-якої речовини. Отже, структура постає як просторове розташування частинок у молекулі.
Діаметр молекули води становить 0 29нм (2 9 А), що можна порівняти з розмірами пор і дефектів більшості неметалічних матеріалів. Це обумовлює її досить високу проникаючу здатність, особливо в пористі силікатні матеріали та композити.
Діаметр молекули води дорівнює всього 2 5 10 - 10 м, і водяна пара проходить крізь дрібні пори. Щільні, непористі матеріали не пропускають водяні пари та негігроскопічні. До них відносяться ситали, малолужне скло, вакуумно-щільна кераміка, епоксидні пластмаси та неполярні полімери.
Склопластик на епоксиполіефірному сполучному після 9 год кип'ятіння в дистильованій воді. Структура хімічно стійкого склопластику на основі смоли ПН-16 після експонування протягом 1000 год I в киплячій воді (7500 х. Якщо діаметр молекули води дорівнює 0276 нм, то діаметр іонної атмосфери, що визначає ефективний розмір іонів у розчині 06% -ного NaCl становить приблизно 1 нм.Збільшення концентрації розчину електроліту викликає зростання товщини іонної атмосфери.
Діаметр їх у місцях розширення перевищує діаметр молекул води. Плавлення льоду супроводжується розривом зв'язків між деякими молекулами та провалом їх у канали структури льоду. Підвищення температури супроводжується подальшим руйнуваннямструктури.
На поверхні останніх утворюється тонка плівка завтовшки два-три діаметри молекул води. При виникненні виділяє теплоту змочування.
При товщині шару адсорбованої вологи, що дорівнює 10 - 30 діаметрам молекул води, за Б. В. Дерягін, утворюється сольватний шар практично без виділення тепла. Цей шар, як зазначає Ф. Є. Колясєв, також має аномальні фізико-хімічні властивостіпорівняно з рідиною обсягом.
Це пояснюється тим, що матеріали мають пористу структуру і розміри пір перевищують діаметр молекул води. Крім того, уздовж висновків елементів на межі зіткнення матеріалів з різними коефіцієнтами лінійного розширенняутворюються капіляри.
Фізично зв'язана вода утримується на поверхні мінеральних частинок силами молекулярного зчеплення і має форму найтонших плівок завтовшки до кількох сотень діаметрів молекули води.
Товшина плівки води лежить на поверхні коливається не більше 0 5 - 3 0 - Ю 6 див. Якщо врахувати, що діаметр молекули води дорівнює ЗА, отже, поверхні у середньому утворюється шар води, рівний 100 молекулам. Для створення водовідштовхувального шару на поверхні кераміки необхідно шар води, що утворився, витримати при відносній вологості 60 - 90 % на протязі 4 год.
Води у породах. Пов'язані води утримуються на поверхні мінеральних частинок породи силами молекулярного зчеплення, утворюючи шар, товщина якого може досягати кількох сотень діаметрів молекули води. Зовнішня, велика частина цього шару представлена ​​пухко пов'язаною (ліосорбірован-ною) водою.

Як видно з таблиці, відношення R - г, т, е, відстані між двома сферами гідратного комплексу до діаметра молекули води 2га, у багатьох випадках дорівнює одиниці, або R - r - 2ra; іншими словами, у таких комплексах молекули води оточують центральний іон, будучи розташовані навколо оболонкою, товщиною молекулу, в один шар.
Товщина плівки води на поверхні коливається в межах 05 - 30 - 10 - 6 см. Якщо врахувати, що діаметр молекули води дорівнює ЗА, то, отже, на поверхні в середньому утворюється шар води, що дорівнює 100 молекул. Для створення водовідштовхувального шару на поверхні кераміки необхідно шар води, що утворився, витримати при відносній вологості 60 - 90 % на протязі 4 год.
Крім того, для екстраполяції до р оо не може бути використана зворотна функціятільки мм через вплив члена, що визначається радіусом або діаметром молекули води. Більш повний розрахунок ентальпії гідратації, подібний до запропонованого Букінгемом, в якому враховані члени, пов'язані з іон-дипольними, диполь-дипольними та ди-поль-квадрупольними взаємодіями, і вплив індукованих дипольних моментів, призводить до ще більш складного показника ступеня функції зворотної величини іонного радіусу. . Холлівел і Найбург провели також дещо витонченіший розрахунок, заснований на обліку можливості координаційних чисел 6 або 4 в основній гідратній оболонці та моделях твердої сфери та м'якої сфери для контакту іон - розчинник.
Вологопоглинання таких гетерогенних систем, як склопластики, можна розглядати як дві сторони одного процесу - проникнення рухомого середовища з малим діаметром молекул (діаметр молекул води дорівнює 2 7 А) всередину органічного матеріалу внаслідок існування в ньому молекулярних дірок, а також мікропор на поверхні розділу волокно. смола та інших дефектів структури. Якщо мікроскопічні та субмікроскопічні пори, тріщини та капіляри в основному залежать від технологічних причин і носять випадковий характер, то міжмолекулярні дірки завжди притаманні органічним матеріалам. Тому для полімерів з великим діаметром молекулярних утворень проникність водяної пари є по суті неминучою. У полімерів з кристалічною структурою, у кристалічних граничних вуглеводнів і жорстких малополярних полімерів кількість вологи, що поглинається, буде мізерно.
Для багатоатомних іонів (наприклад, для МпО) іонний радіус належить рівним кристалографічному радіусу, а для одноатомних іонів до кристалографічного радіусу додається діаметр молекули води.
Товщина плівки пов'язаної водипри максимальній молекулярній вологоємності становить не менше 0005 - 001 мкм, що відповідає приблизно 20 - 40 діаметрів молекул води.
Гельмгольцем в 1853 р. він вважав, що подвійний електричний шар і двох шарів зарядів протилежного знака, що є друг від друга з відривом порядку діаметра молекули води: шару зарядів на металі і шару притягнутих щодо нього іонів. Одночасно передбачалося, що заряди обох цих шарах рівномірно розмазані вздовж поверхні, отже можна провести повну аналогію між подвійним шаром і звичайним плоским конденсатором.
Якщо припустити, що діаметр іона гідроксонію дорівнює діаметрумолекули води, то відстань між двома іонами нептунія вийде рівним 10 3 А при використанні для радіусу іонів нептунія та діаметра молекули води величин, наведених у роботі Коена, Суллівана, Аміса та Хіндмана.
Перша найпростіша модельподвійного електричного шару було запропоновано Гельмгольцем в 1853 р. Відповідно до Гельмголь-цу, подвійний шар межі металевий електрод - розчин є двома шарами зарядів, розміщених з відривом порядку діаметра молекули води. Один шар зарядів знаходиться на металі, інший - у розчині і складається з притягнутих до електрода протилежно заряджених іонів. Слід одразу зазначити, що припущення про розмазаний заряд справедливе лише для металевої обкладки. Для іонної обкладки воно виконується тим краще, чим концентрованішим є розчин і чим більше щільністьзарядів на обкладинках.
Таким чином, теорія Борна є гарним першимнаближенням, звичайно, якщо не вважати, що як ефективні радіуси іонів приймаються величини, які, як вказали Або і Еванс, перевищують радіуси в кристалі на половину діаметра молекул води або атома кисню. Поліпшення простої електростатичної теорії може полягати у розгляді кварцеподібної структури води замість однорідного діелектрика. При цьому необхідно ввести додаткові енергетичні члени, які враховують взаємодію іона з диполями розчинника, та міжмолекулярне відштовхування, що зростає при зміні орієнтації диполів розчинника поблизу іона.
У роботах 82, 83] було показано, що основний внесок у вільну енергію системи поліпептид-розчинник вносять взаємодії з найближчими молекулами розчинника. Грубо кажучи, якщо d - діаметр молекули води, то при відстанях між аналізованою парою атомів rd/o (/о - сума їх ван-дер-ваальсових радіусів) молекули води витісняються і внесок у вільну енергію стає рівним нулю. З іншого боку, якщо ми зближуватимемо один атом з іншим, то він витіснить певну кількістьмолекул розчинника, пропорційне обсягу цього атома U, але якщо відстань стане менше d r0, то кількість розчинника, що витісняється, практично не збільшиться. Такі міркування привели Гібсона і Шерага до пошуку аналітичних висловів для енергії гідратації.
Виходячи з припущення, що частинки твердої фази покриваються мономолекулярним шаром води, визначають кількість адсорбційно пов'язаної води. Товщина мономолекулярного шару повинна дорівнювати діаметру молекули води (h 2 76 10 - 8 см), так як кожен атом кисню оточений тетраедрично чотирма іншими атомами кисню на відстані 2 76 А.
У металів з діаметром атомів 2 76 А воднева перенапруга виявляється найменшою, а киснева перенапруга - найбільшою. Розмір 2 76 А збігається з діаметром молекули води. Щільне заповнення поверхні електрода диполями води підвищує градієнт потенціалу в приелектродному шарі.
Найбільш міцно з твердою фазою ґрунту пов'язаний молекулярний шар води. Товщина шару полімолекулярної адсорбції може досягати кількох сотень діаметрів молекул води. У міру віддалення від твердої фази зв'язок води стає менш міцним. Перші ряди молекул утворюють міцно пов'язану чи гігроскопічну воду. Чим дисперсніший ґрунт, тим більше буде сорбована вода. Гігроскопічна вода досягає щільності 1 4 г/см3, не містить розчинених речовин, не здатна проводити електричний струмі пересуватися у ґрунті. Кількість води, яку ґрунт або ґрунт можуть утримати при даній температурі та вологості повітря, визначає гігроскопічну вологість ґрунту.

Дані про залежність інтенсивності розсіювання [ рентгенівських променіву воді від кута між розсіяним випромінюванням і падаючим пучком променів дозволили показати, що в найближчому оточенніКожна молекула води в рідині знаходиться в середньому 4 4 - 4 8 молекул води, що загалом узгоджується з висловленим ще Берналом і Фаулером уявленням про тетраедричній структурі води на дуже близьких відстанях, щоправда, дещо спотвореною в порівнянні з кристалічною структурою льоду. Ця структура існує ще на відстані приблизно 16 діаметра молекули води від молекули, що розглядається як центральна, але вже на відстані 08 нм упорядкованість структури рідини практично зникає. Міцність водневих зв'язків у рідкій воді менше, ніж у кристалі льоду, і зв'язки ці можуть досить значно згинатися і розтягуватися без розриву при обертанні однієї молекули щодо іншої, що бере участь у водневому зв'язку.
Дані щодо залежності інтенсивності розсіювання рентгенівських променів у воді від кута між розсіяним випромінюванням і падаючим пучком променів дозволили показати, що в найближчому оточенні кожної молекули води в рідині знаходиться в середньому 4 4 - 4 8 молекул води, що загалом узгоджується з висловленим ще Берналом і Фаулером уявленням про тетраедричній структурі води на дуже близьких відстанях, щоправда, дещо спотвореною в порівнянні з кристалічною структурою льоду. Ця структура існує ще на відстані приблизно 16 діаметра молекули води від молекули, що розглядається як центральна, але вже на відстані 08 нм упорядкованість структури рідини практично зникає. Міцність водневих зв'язків у рідкій воді менша, ніж у кристалі льоду, і ці зв'язки можуть досить значно згинатися і розтягуватися без розриву при обертанні однієї молекули щодо іншої, що бере участь у водневому зв'язку.
Рівняння Борна (IV.25), що не враховує донорно-акцепторної взаємодії іона з розчинником, дає неточний результат при розрахунку повної енергії гідратації, але цілком придатне для обчислення енергії вторинної гідратації. Для розрахунку ДО рівняння (IV.25) слід підставити радіус гідратного комплексу, що складається з радіуса іона і діаметра молекули води, Най.
Товщина шару гігроскопічної води не встановлена. Більшість дослідників вважають цей шар полімолекулярним, так, за Б. В. Дерягіном, товщина його становить 23 - 27 діаметрів молекул води.
А; при його збільшенні чи зменшенні перенапруга закономірно зростає. Хомутов у своїх подальших роботах звернув увагу на те, що міжатомна відстань, при якій перенапруга виявляється мінімальною, близькою до діаметра молекули води, і запропонував модельний метод розрахунку коефіцієнта b у формулі Гафеля.
Ізотерма адсорбції тетра - МІ9ПВОД9Ь З енергією, близькою метплоктаибензолсульфонату натрію до кДж/моль. Величина з водних розчинів при температі - останній перевищує зменше-ре 25е С на аеросилі. ня мольної вільної енергії. Довжина вуглеводневого радикалу цього іона дорівнює 18 1 А, діаметр ополярної групи у водному розчині при С9 ККМХ – 8 88 А, а діаметр молекули води – 3 1 А.
Будова подвійного електричного шару на кордоні метал - розчин вперше було описано російським ученим Р. А. Коллі в 1878 р. За його уявленнями, подвійний шар подібний до плоского конденсатора, обкладки якого розташовані на відстані діаметра молекули води. Зовнішня обкладка утворена шаром адсорбованих іонів. Вони показали, що тепловий рухпризводить до десорбції частини іонів із поверхні металу (рис. 49) 1, які утворюють дифузний (розсіяний) шар. Останній стиснутий до певної товщини електричним полемзарядженого металу. Його товщина зменшується з підвищенням заряду металу та концентрації іонів у розчині та збільшується з підвищенням температури. Товщина адсорбційного шару дорівнює радіусу гідратованого іону. Дифузний шар відсутній, якщо метал не несе надлишкового електричного заряду, а також у концентрованих розчинах електролітів.
Фізичні властивості гідрофільних волокон, таких як шерсть, волосся, найлон, штучний шовк сильно залежать від кількості адсорбованої води. Ці зміни властивостей волокон обумовлені великою поляризацією води (і, отже, великими значеннямиіндукованого дипольного моменту), здатністю молекули води утворювати відносно сильні водневі зв'язки та її порівняно невеликим розміром – діаметр молекули води становить приблизно 2 7 А.
Пластмасовий корпус. Крім того, вода - хімічно активна речовина, яка сприяє утворенню розчинів солей, кислот, лугів, колоїдних розчинів. Оскільки діаметр молекул води дорівнює 3 А, волога здатна проникати через мікропори та мікротріщини захисних матеріалів та плівок.
Графік функції розподілу. Успіхи сучасної наукиу цій галузі дозволяють стверджувати, що як розміри, так і маси окремих молекултвердо встановлені. Якщо умовно уявляти молекули як кульок, їх діаметри найчастіше складуть кілька ангстрем. Наприклад, діаметр молекули води (Н2О) дорівнює 2 6 – 10 – 10 м 2 6 А.
Найголовнішими із сил, що визначають енергію адсорбції цементу, є електростатичні сили взаємодії між іонами поверхні частинок та диполями води. Ці сили мають незначний радіус дії, що не перевищує декількох ангстремів. На відстанях від поверхні частинок більше діаметра молекул води сили взаємодії доповнюються поляризаційними або дисперсійними ван-дер-ваальсовими силами, зумовленими миттєвими диполями, що виникають завдяки руху електронів у молекулі.
Якщо сили взаємодії молекул води з матеріалом більше сил взаємодії молекул води одна з одною, вода буде добре змочувати такий матеріал. Якщо на поверхні матеріалу є дефекти структури, сумірні з діаметром молекули води (0 29 нм), то молекули води можуть впровадитися в об'єм матеріалу і за наявності такої ж за розміром пористості (дефектності) в обсязі матеріалу дифундувати за механізмом активованої дифузії, аналогічно дифузії газів. Силікатне скло здатне цілком вільно поглинати пари води, так як розмір дефектів в них знаходиться в межах від 07 до 17 нм.

Рівняння Борна (IV.25), що не враховує донорно-акцепторної взаємодії іона з розчинником, дає неточний результат при розрахунку повної енергії гідратації, але цілком придатне для обчислення енергії вторинної гідратації. Для розрахунку ДО рівняння (IV.25) слід підставити радіус гідратного комплексу, який складеться з радіуса іона і діаметра молекули води.
Схема відносного розташування площин, що відповідають розривам діелектричної проникності(г 0 і г Aj, адсорбції іонів (г г0 і найбільшого наближення неадсорбованих іонів (г h. Внаслідок цього центри всіх адсорбованих іонів повинні лежати в одній площині (часто іменується внутрішньою площиною Гельмгольця) на відстані z0 від поверхні електрода. З іншого боку, Іони, які не можуть адсорбуватися або ще не адсорбувалися, міцно утримують щонайменше одну оболонку з молекул води, відстань їх найбільшого наближення до поверхні, яка позначається hQ, повинна приблизно дорівнювати сумі іонного радіусу і діаметра молекули води.
Кобозєв (1947), а також Бокріс (1951) встановили залежність між роботою виходу електрона та перенапругою водню. Хомутов (1950), зіставляючи величину перенапруги водню з мінімальною відстанню між атомами в металах, виявив, що найменша перенапруга спостерігається на металах з міжатомною відстанню; близько 27 А; при його збільшенні чи зменшенні перенапруга закономірно зростає. Хомутов у своїх подальших роботах звернув увагу на те, що міжатомна відстань, при якій перенапруга виявляється мінімальною, близькою до діаметра молекули води, і запропонував модельний метод розрахунку коефіцієнта Ь у формулі Тафеля.
Хомутов (1950), зіставляючи величину перенапруги водню з мінімальною відстанню між атомами в металах, виявив, що найменша перенапруга спостерігається на металах з міжатомною відстанню, близькою до 2 7 А; при його збільшенні чи зменшенні перенапруга закономірно зростає. У своїх подальших роботах він звернув увагу на те, що міжатомна відстань, при якій перенапруга виявляється мінімальною, близькою до діаметра молекули води, і запропонував модельний метод розрахунку коефіцієнта b у формулі Тафеля.
Остаточний вираз функції / (t) не наводиться через його громіздкого виду. Задаючи різні значення ij, за рівняннями (23.14) та (23.15) можна визначити відповідні один одному величини З і ф0 і, таким чином, побудувати З, ф0 - криву. При розрахунку передбачалося, що КГ 20 мкф/см2, Кт 38 мкф/см, а середня товщина щільного шару d була прийнята рівною діаметру молекули води.
Остаточний вираз для функції / (tyi) не наводиться через його громіздкий вид. Задаючи різні значення г, за рівняннями (23.14) і (23.15) можна визначити відповідні один одному величини З і ф0 і, таким чином, побудувати, ф0 - криву. При розрахунку передбачалося, що Ki0 2Q Ф/м2/Сг0 38 ф/м2, а середня товщина щільного шару d була прийнята рівною діаметру молекули води.

Коли два або більше атоми вступають у хімічні зв'язкиодин з одним виникають молекули. При цьому немає значення, чи є ці атоми однаковими або вони зовсім відрізняються один від одного як за формою, так і за своїм розміром. Ми з вами розберемося, яка величина молекул і чого це залежить.

Що таке молекули?

Протягом тисячоліть вчені розмірковували про таємницю життя, про те, що саме відбувається за її зародження. Згідно з найдавнішими культурами, життя і все-все в цьому світі складається з основних елементів природи - землі, повітря, вітру, води та вогню. Однак згодом багато філософів почали висувати ідею, що всі речі складаються з крихітних, неподільних речей, які не можуть бути створені та знищені.

Однак лише після появи атомної теоріїі сучасної хіміївчені почали постулювати, що частинки, взяті разом, породили основні будівельні блоки всіх речей. Так з'явився термін, який у контексті сучасної теоріїчастинок відноситься до найдрібніших одиниць маси.

По своєму класичному визначенню, молекула - це найменша частка речовини, яка допомагає зберігати її хімічні та Фізичні властивості. Вона складається з двох або більше атомів, а також груп однакових або різних атомів, що утримуються разом хімічними силами.

Яка величина молекул? У 5 класі природознавство ( шкільний предмет) дає лише загальне уявленняпро розміри і форми, докладніше це питання вивчається у старших класах під час уроків хімії.

Приклади молекул

Молекули можуть бути простими чи складними. Ось деякі приклади:

• H 2 O (вода);
• N 2 (азот);
• O 3 (озон);
• CaO (оксид кальцію);
• C6H12O6 (глюкоза).

Молекули, які з двох чи більше елементів, називаються сполуками. Так, вода, оксид кальцію та глюкоза є складовими. Не всі сполуки є молекулами, але молекули є сполуками. Наскільки більшими вони можуть бути? Яка величина молекули? Відомий той факт, що майже все навколо нас складається з атомів (крім світла та звуку). Їхня загальна вага і становитиме масу молекули.

Молекулярна маса

Говорячи про те, якою є величина молекул, більшість учених відштовхуються від молекулярної маси. Це загальна вага всіх атомів, що входять до неї:

• Вода, що складається з двох атомів водню (яких мають по одній одиниці) атомної маси) та одного атома кисню (16 одиниць атомної маси), має молекулярну вагу 18 (точніше, 18,01528).
• Глюкоза має молекулярну масу 180.
• ДНК, яка є дуже довгою, може мати молекулярну масу, яка становить близько 1010 (приблизна вага однієї людської хромосоми).

Вимірювання в нанометрах

На додаток до маси ми можемо виміряти, яка величина молекул в нанометрах. Одиниця води становить близько 0,27 Нм у діаметрі. ДНК досягає 2 Нм у поперечнику і може розтягуватися до кількох метрів завдовжки. Важко уявити, як такі розміри можуть вміщатися в одній клітині. Співвідношення довжини та товщини ДНК дивовижне. Воно становить 1/100 000 000, це як людське волосся із довжиною у футбольне поле.

Форми та розміри

Яка величина молекул? Вони бувають різних формта розмірів. Вода і вуглекислий газ при цьому є одними з найменших, білки - одними з найбільших. Молекули - це елементи, які з атомів, пов'язані друг з одним. Розуміння зовнішнього виглядумолекул зазвичай є частиною хімії. Крім їх незбагненно дивної хімічної поведінки, однієї з важливих характеристикмолекул є їх розмір.

Де може бути особливо корисним знанняу тому, яка величина молекул? Відповідь на це та багато інших питань допомагає у сфері нанотехнологій, оскільки концепція нанороботів та інтелектуальних матеріалів обов'язково має справу з ефектами молекулярних розмірів та форм.

Яка величина молекул?

У 5 класі природознавство на цю тему дає тільки загальну інформацію, що всі молекули складаються з атомів, які перебувають у постійному безладному русі. У старших класах можна побачити структурні формулиу підручниках хімії, що нагадують дійсну форму молекул. Однак неможливо виміряти їх довжину за допомогою звичайної лінійки, а щоб це зробити, потрібно знати, що молекули є тривимірними об'єктами. Їхнє зображення на папері є проекцією на двовимірну площину. Довжина молекули змінюється з допомогою зв'язків довжин її кутів. Існують три основні:

• Кут тетраедра 109°, коли всі зв'язки цього атома з іншими атомами є одинарними (тільки одне тире).
• Кут шестикутника 120°, коли один атом має один подвійний зв'язок з іншим атомом.
• Кут лінії 180°, коли атом має два подвійні зв'язки, або одну потрійну з іншим атомом.

Реальні кути часто відрізняються від цих кутів, тому що необхідно враховувати цілий рядрізноманітних ефектів, у тому числі електростатичні взаємодії.

Як уявити розмір молекул: приклади

Яка величина молекул? У 5 класі відповіді це питання, як ми вже казали, носять загальний характер. Школярі знають, що розмір названих з'єднань дуже невеликий. Ось, наприклад, якщо перетворити молекулу піску в одній єдиній піщинці на цілу піщинку, то під масою, що вийшла, можна було б сховати будинок у п'ять поверхів. Яка величина молекул? Коротка відповідь, якою також є і більш науковою, має такий вигляд.

Молекулярна маса прирівнюється до відношення маси всієї речовини до кількості молекул у речовині чи відношенню молярної масидо постійної Авогадро. Одиницею виміру є кілограм. У середньому молекулярна маса становить 10 -23 -10 -26 кг. Візьмемо, наприклад, воду. Її молекулярна маса буде 3 х 10 -26 кг.

Як розмір молекули впливає сили тяжіння?

Відповідальною за тяжіння між молекулами є електромагнітна сила, що проявляється через тяжіння протилежних та відштовхування подібних зарядів. Електростатична сила, що існує між протилежними зарядами, домінує у взаємодіях між атомами та між молекулами. Гравітаційна силанастільки мала в цьому випадку, що нею можна знехтувати.

При цьому розмір молекули впливає на силу тяжіння через електронні хмари випадкових спотворень, що виникають при розподілі електронів молекули. У разі неполярних частинок, що виявляють лише слабкі ван-дер-ваальсові взаємодії або дисперсійні сили, розмір молекул надає прямий вплив на величину електронної хмари, що оточує зазначену молекулу. Чим вона більша, тим більше і заряджене поле, яке її оточує.

Більша електронна хмара означає, що між сусідніми молекулами може відбуватися більше електронних взаємодій. Через війну одна частина молекули розвиває тимчасовий позитивний частковий заряд, іншу - негативний. Коли це відбувається, молекула може поляризувати електронну хмару в сусідній. Тяжіння відбувається тому, що часткова позитивна сторонаоднієї молекули притягується до часткової негативної сторони інший.

Висновок

Отже, якою є величина молекул? У природознавстві, як ми з'ясували, можна знайти лише образне уявлення про масу та розміри цих найдрібніших частинок. Але ми знаємо, що є прості та складні сполуки. І до других можна зарахувати таке поняття, як макромолекула. Це дуже велика одиницянаприклад, білок, яка зазвичай створюється шляхом полімеризації менших субодиниць (мономерів). Вони зазвичай складаються з тисяч або більше атомів.

ГЛАВА 4. ПЕРШОПОЧАТКОВІ ВІДОМОСТІ КЛАС ПРО БУДОВА РЕЧОВИНИ

Розв'язання завдань на цю тему має допомагати формуванню в учнів початкових понять про молекулярну будовуречовин.

У завданнях необхідно розглянути насамперед такі факти, наукове поясненняяких неминуче призводить до уявлень у тому, що тіла складаються з найдрібніших частинок - молекул.

Далі слід вирішити ряд завдань, що дають поняття про розміри молекул, а також їх властивості, рух і взаємодію. Через недостатню математичної підготовкиучнів більшість завдань мають бути якісними.

Значну увагу необхідно приділити також експериментальним завданням. Нескладні експериментальні завданняучні можуть виконувати й у домашніх умовах.

Отримані відомості про молекулярну будову речовин потім використовують для пояснення відмінності між твердим, рідким і газоподібним станамиречовини.

1. Існування молекул. Розміри молекул

Початкове поняття про молекули та їх розміри корисно уточнити та поглибити за допомогою завдань, у яких дано фотографії молекул, отримані за допомогою електронного мікроскопа.

Вирішення завдань, що показують складна будовамолекул, необов'язково. Але в ознайомлювальному плані, особливо в сильних за успішністю класах, можна розглянути 2-3 завдання, що показують, що молекули складних речовинскладаються з більш дрібних частинок- Атомів.

Поряд із якісними можна дати завдання на нескладні розрахунки абсолютних та відносних розмірів молекул.

43. На малюнку 11 показано фотографію частинки твердого тілаотримана за допомогою електронного мікроскопа. Який

Мал. 11. (Див. скан)

Висновок можна зробити на основі цієї фотографії про будову твердого тіла? Використовуючи вказаний на фотографії масштаб, визначте розмір однієї частинки - молекули.

Рішення. Увага звертають на те, що всі молекули однакові, розташовані в твердому тілі певному порядкуі має таку щільну упаковку, що між ними залишаються лише незначні проміжки.

Для визначення діаметра молекул підраховують їх число (50) на вказаній відстані 0,00017 см і обчислюючи, знаходять, що діаметр молекули дорівнює приблизно 0,000003 см.

Слід сказати учням, що це гігантська молекула. Молекула води, наприклад, має діаметр приблизно в сто разів менше.

44. Оптичний мікроскоп дозволяє розрізнити об'єкти розміром близько 0,00003 см. Чи можна в такий мікроскоп побачити крапельку води, діаметром якої укладається сто, тисяча, мільйон молекул? Діаметр молекули води дорівнює приблизно

Отже, в оптичний мікроскоп можна побачити тільки таку крапельку води, діаметр якої не менше ніж у 1000 разів більший за діаметр молекули води. Самі молекули води не можна побачити в оптичний мікроскоп.

45. Число молекул повітря при нормальному тиску і 0°С становить . Вважаючи, що діаметр однієї молекули газу дорівнює приблизно 0,00000003 см, підрахуйте, якої довжини вийшли б «намиста», якби всі ці молекули можна було щільно нанизати на невидиму нитку.

Відповідь. 8 млн км.

46 (е). Опустіть у воду вгору дном дві пробірки і помістіть в них оголені дроти, приєднані до полюсів батарейки. Звідки з'явилися гази?

Рішення. За яскравим горінням лучинки в одній пробірці і спалаху в іншій укладають, що в одній пробірці знаходився кисень, а в іншій - водень.

Пояснюють, що гази з'явилися під час розкладання молекули води. Отже, властивості молекули при її розподілі на дрібніші частини не зберігаються. Учням можна повідомити, що вода розкладається на кисень і водень при нагріванні водяної пари до дуже високої температури.