Hogyan lehet bizonyítani a molekulák létezését? Honnan tudjuk, hogy minden atomokból áll? Hasonló munkák: A Brown-mozgás elmélete és az atomok és molekulák valódi létezésének kísérleti bizonyítása

A megismerés folyamata úgy alakul, hogy a zseniális találgatások és a nagyszerű elméletek, amelyek megjelenését alkotó zseniknek köszönhetjük, egy idő után szinte triviális tényekké válnak, amelyeket a legtöbben hitet vesznek. Hányan tudnánk önállóan, megfigyelés és elmélkedés alapján feltételezni, hogy a Föld kerek, vagy hogy a Föld a Nap körül forog, és nem fordítva, és végül, hogy vannak atomok és molekulák? A magasból modern tudomány az atom-molekuláris elmélet fő rendelkezései úgy tűnik, hogy közös igazságok. Azonban térjünk el a régóta ismert tudományos eredményektől, álljunk a múlt tudósainak helyébe, és próbáljunk meg választ adni két fő kérdésre. Először is, miből készülnek az anyagok? Másodszor, miért különböznek az anyagok, és miért alakulhatnak át egyes anyagok másokká? A tudomány már több mint 2000 évet töltött ezen összetett kérdések megoldásával. Ennek eredményeként megjelent az atom-molekuláris elmélet, amelynek főbb rendelkezései a következők szerint fogalmazhatók meg.

• 1. Minden anyag molekulákból áll. Molekula - az anyag legkisebb részecskéje, amely rendelkezik vele kémiai tulajdonságok.
• 2. A molekulák atomokból állnak. Az atom egy elem legkisebb részecskéje a kémiai vegyületekben. A különböző atomok különböző elemeknek felelnek meg.
• 3. A molekulák és az atomok folyamatos mozgásban vannak.
• 4. A kémiai reakciók során egyes anyagok molekulái más anyagok molekuláivá alakulnak át. Az atomok nem változnak a kémiai reakciók során.

Hogyan találták ki a tudósok az atomok létezését?

Az atomokat Görögországban találták fel az 5. században. időszámításunk előtt NS. A filozófus Leucippus (i. e. 500-440) azon töprengett, hogy az anyag minden részecskéje, bármilyen kicsi is, felosztható-e még kisebb részecskékre. Leucippus úgy vélte, hogy egy ilyen felosztás eredményeképpen olyan kis részecskét lehet kapni, hogy a további osztódás lehetetlenné válik.

Leukipposz tanítványa, Demokritosz filozófus (Kr. E. 460-370) ezeket az apró részecskéket "atomoknak" (atomosoknak - oszthatatlanoknak) nevezte. Úgy vélte, hogy az egyes elemek atomjai különleges méretűek és alakúak, és ez magyarázza az anyagok tulajdonságainak különbségeit. Azok az anyagok, amelyeket látunk és érezünk, akkor keletkeznek, amikor a különböző elemek atomjai egyesülnek egymással, és ennek a vegyületnek a jellegét megváltoztatva az egyik anyag átalakítható a másikba.

Democritus majdnem ben alkotta meg az atomelméletet modern forma... Ez az elmélet azonban csak a nem kapcsolódó filozófiai elmélkedések gyümölcse volt természetes jelenségés folyamatok. Kísérletileg nem erősítették meg, mivel az ókori görögök egyáltalán nem végeztek kísérleteket, a gondolkodást a megfigyelés fölé helyezték.

Az első kísérletet, amely megerősítette az anyag atomi természetét, csak 2000 évvel később hajtották végre. 1662-ben Robert Boyle ír vegyész (1627-1691), miközben levegőt préselt egy U alakú csőben higanyoszlop nyomása alatt, megállapította, hogy a csőben lévő levegő térfogata fordítottan arányos a nyomással:

Edm Marriott (1620-1684) francia fizikus megerősítette ezt a kapcsolatot 14 évvel Boyle után, és megjegyezte, hogy csak állandó hőmérsékleten tartható fenn.

A Boyle és Mariotte által kapott eredmények csak akkor magyarázhatók, ha felismerjük, hogy a levegő atomokból áll, amelyek között üres tér van. A levegő összenyomódását az atomok közeledése és az üres tér térfogatának csökkenése okozza.

Ha a gázok atomokból állnak, akkor feltételezhető, hogy szilárd anyagokés a folyadékok is atomokból állnak. Például melegítéskor a víz felforr, és gőzzé alakul, amely a levegőhöz hasonlóan összenyomható. Ez azt jelenti, hogy a vízgőz atomokból áll. De ha a vízgőz atomokból áll, akkor miért nem lehet atomokból folyékony víz és jég? És ha ez igaz a vízre, akkor más anyagokra is igaz lehet.

Így Boyle és Mariotte kísérletei megerősítették a legkisebb anyagrészecskék létezését. Maradt hát kideríteni, mik ezek a részecskék.

A következő 150 évben a vegyészek erőfeszítései elsősorban a különböző anyagok összetételének megállapítására irányultak. A kevésbé összetett anyagokra bomló anyagokat vegyületeknek (komplex anyagok) nevezték, például víz, szén -dioxid, vaskő. Azokat az anyagokat, amelyeket nem lehet lebontani, elemeknek (egyszerű anyagok) neveznek, például hidrogén, oxigén, réz, arany.

1789-ben a nagy francia kémikus, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) kiadta a híres "Elementary Course in Chemistry" (Traite elementaire de chimie) című könyvet, amelyben az addigra felhalmozott kémiai ismereteket rendszerezte. Különösen felsorolta az összes ismert elemet, amelyek 33 anyagot tartalmaztak. A listában szereplő két név alapvetően téves volt (könnyű és kalóriatartalmú), nyolc később pedig összetett anyagnak bizonyult (mész, szilícium -dioxid és mások).

A kvantitatív mérési technikák és a kémiai elemzési módszerek fejlődése lehetővé tette az elemek arányának meghatározását a kémiai vegyületekben. A francia vegyész, Joseph Louis Proust (1754-1826) számos anyaggal végzett gondos kísérletek után megállapította az összetétel állandóságának törvénye.

I Minden vegyület, az előállítási módtól függetlenül, tartalmaz ele-. zsaruk szigorúan meghatározott súlyarányokban.

Így például a kén elégetésével, savak szulfitokra történő hatására vagy bármilyen más módon nyert kénes gáz mindig 1 tömegrész (tömegrész) ként és 1 tömegrész oxigént tartalmaz.

Proust ellenfele, Claude Louis Berthollet (1748-1822) francia vegyész ezzel szemben azzal érvelt, hogy a vegyületek összetétele az előállításuk módjától függ. Úgy vélte, hogy ha két elem reakciójában az egyiket feleslegben veszik fel, akkor a kapott vegyületben ennek az elemnek a tömeghányada is nagyobb lesz. Proust azonban bebizonyította, hogy Berthollet téves eredményeket kapott a pontatlan elemzés és a nem kellően tiszta anyagok használata miatt.

Meglepő módon Berthollet elképzelése, amely a maga idejében téves, jelenleg egy nagy tudományos irány a kémiában - kémiai anyagtudomány. Az anyagtudósok fő feladata a meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok beszerzése, a fő módszer pedig az anyag összetételének, szerkezetének és tulajdonságainak a termelési módtól való függőségének kihasználása.

A kompozíció állandóságának Proust által felfedezett törvénye alapvető fontosságú volt. Elvezetett a molekulák létezésének gondolatához, és megerősítette az atomok oszthatatlanságát. Valóban, miért a kén -oxigén tömegaránya (tömeg) mindig 1: 1, és nem 1,1: 0,9 vagy 0,95: 1,05 a kén -dioxidban S0 2? Feltételezhető, hogy a kén -dioxid részecske (később ezt a részecskét molekulának nevezték) kialakulása során a kénatom egyes számú oxigénatommal egyesül, és a kénatomok tömege egyenlő az oxigénatomok tömegével .

És mi történik, ha két elem többféle lehet kémiai vegyületek? Erre a kérdésre a nagy angol vegyész, John Dalton (1766-1844) válaszolt, aki a kísérletből megfogalmazta többszörös összefüggés törvénye (Dalton törvénye).

I Ha két elem több kapcsolatot alkot egymás között, akkor. ezekben a vegyületekben az egyik elem tömege a másik elem tömegére vonatkoztatva kis egész szám.

Tehát három vas-oxidban az oxigén egységnyi tömegére (tömegére) számítva 3,5, 2,625 és 2,333 tömegrész (tömegrész) vas van. E számok arányai a következők: 3.5: 2.625 = = 4: 3; 3,5: 2,333 = 3:2.

A többszörös arányok törvényéből az következik, hogy az elemek atomjai molekulákká egyesülnek, és a molekulák kis számú atomot tartalmaznak. Az elemek tömegtartalmának mérése lehetővé teszi egyrészt a vegyületek molekuláris képletének meghatározását, másrészt az atomok relatív tömegeinek meghatározását.

Például, amikor víz képződik, egy tömegrész hidrogén és 8 tömegrész oxigén egyesül. Ha feltételezzük, hogy egy vízmolekula egy hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, akkor kiderül, hogy az oxigénatom 8-szor nehezebb, mint a hidrogénatom.

Tekintsük az inverz problémát. Tudjuk, hogy a vasatom 3,5 -szer nehezebb, mint az oxigénatom. Az arányból

ebből következik, hogy ebben a vegyületben két vasatomonként három oxigénatom van, vagyis a vegyület képlete Fe 2 0 3.

Dalton ezen az úton gondolkodva állította össze az elemek atomtömegeinek első táblázatát. Sajnos sok tekintetben helytelennek bizonyult, mivel Dalton gyakran hibás molekulaképletekből indult ki az atomtömeg meghatározásakor. Úgy vélte, hogy az elemek atomjai szinte mindig (ritka kivételektől eltekintve) párosulnak. Dalton víz formula - NEM. Ezen kívül biztos volt benne, hogy a molekulák minden egyszerű anyagok egy -egy atomot tartalmaznak.

A vízre és sok más anyagra vonatkozó megfelelő képleteket kutatással határozták meg kémiai reakciók gázfázisban. Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) francia vegyész felfedezte, hogy egy térfogat hidrogén egy térfogat klórral reagálva két térfogat hidrogén-kloridot termel; a víz elektrolitikus bomlása során egy térfogat oxigén és két térfogat hidrogén képződik, stb. Ezt az ökölszabályt 1808-ban adták ki, és a nevet kapta a térfogati összefüggések törvénye.

I A reagáló gázok térfogatai egymásra és a gáz térfogatára vonatkoznak. alakú reakciótermékeket kis egész számként.

A térfogati viszonyok törvényének jelentése Amedeo Avogadro (1776-1856) olasz kémikus nagy felfedezése után vált világossá, aki hipotézist (feltevést) fogalmazott meg, amelyet később ún. Avogadro törvénye.

| Bármilyen gáz egyenlő térfogatában állandó hőmérsékleten és nyomáson? lustaság tartalmaz ugyanaz a szám molekulák.

Ez azt jelenti, hogy minden gáz bizonyos értelemben ugyanúgy viselkedik, és hogy a gáz térfogata adott körülmények között nem függ a gáz jellegétől (összetételétől), hanem csak az adott térfogatban lévő részecskék száma határozza meg . A térfogat mérésével meghatározhatjuk a részecskék (atomok és molekulák) számát a gázfázisban. Avogadro nagy érdeme, hogy meg tudott alapítani egyszerű csatlakozás a megfigyelt makroszkopikus mennyiség (térfogat) és a mikroszkopikus tulajdonságok között gáznemű anyagok(részecskék száma).

A Gay-Lussac által talált térfogatarányok elemzése és hipotézise (amelyet később ún. Avogadro törvénye), a tudós megállapította, hogy a gáznemű egyszerű anyagok (oxigén, nitrogén, hidrogén, klór) molekulái kétatomosak. Valójában, amikor a hidrogén reagál a klórral, a térfogat nem változik, ezért a részecskék száma sem változik. Ha feltételezzük, hogy a hidrogén és a klór egyatomos, akkor az addíciós reakció eredményeként a felére kell csökkenteni a kezdeti térfogatot. De a reakció után a térfogat nem változik, ami azt jelenti, hogy a hidrogén- és klórmolekulák két -két atomot tartalmaznak, és a reakció az egyenlet szerint megy végbe

A molekuláris képletek hasonlóan felállíthatók összetett anyagok- víz, ammónia, szén-dioxidés egyéb anyagok.

Furcsa módon, de a kortársak nem értékelték és nem ismerték fel az Avogadro által levont következtetéseket. Az akkori vezető kémikusok, J. Dalton és Jens Jacob Berzelius (1779-1848) kifogásolták azt a feltételezést, hogy az egyszerű anyagok molekulái kétatomosak lehetnek, mivel úgy gondolták, hogy a molekulák csak különböző (pozitív és negatív töltésű) atomokból jönnek létre. Az ilyen hatóságok nyomására Avogadro hipotézisét elutasították, és fokozatosan elfelejtették.

Csak majdnem 50 évvel később, 1858-ban Stanislao Cannizzaro (1826-1910) olasz vegyész véletlenül fedezte fel Avogadro munkáját, és rájött, hogy az világosan megkülönbözteti az "atom" és a "molekula" fogalmát a gáznemű anyagok vonatkozásában. Cannizzaro javasolta az atom és a molekula definícióit, amelyeket e bekezdés elején adunk meg, és teljesen egyértelművé tette az "atomsúly" és a "molekulatömeg" fogalmát. 1860-ban Karlsruhe-ban (Németország) tartották az első nemzetközi vegyipari kongresszust, amelyen hosszú viták után egyetemesen elismerték az atom-molekuláris elmélet főbb rendelkezéseit.

Összefoglaljuk. Az atom-molekuláris tudomány fejlődésének három alapvető szakasza különböztethető meg.

• 1. Az atomtan megszületése, az atomok létezéséről alkotott elképzelés (hipotézis) kialakulása (Leukipposz és Démokritosz).
• 2. Az atomelmélet első kísérleti megerősítése a sűrített levegővel végzett kísérletekben (Boyle-Mariotte-törvény).
• 3. Annak a fontos szabályszerűségnek a felfedezése, hogy egy molekulában bizonyos tömegarányban különböző elemek atomjai vannak jelen (Dalton többszörös arányok törvénye), valamint képletek felállítása gáznemű egyszerű anyagokra (Avogadro hipotézise).

Érdekes, hogy amikor feltételezték az atomok létezését, az elmélet megelőzte a kísérletet (az első atomokat feltalálták, majd 2000 év után be is bizonyították). A molekulák esetében a kísérlet felülmúlta az elméletet: a molekulák létezésének gondolatát azért hozták fel, hogy megmagyarázzák a többszörös arányok kísérleti törvényét. Ebben az értelemben az atom-molekuláris elmélet története tipikus példa, amely tükrözi különböző utak tudományos felfedezések.

A molekuláris alapelvek kinetikai elmélet.

1). Bármely anyag diszkrét (nem folytonos) szerkezetű. A legkisebb részecskékből áll - molekulákból és atomokból, intervallumokkal elválasztva. A molekulák a legkisebb részecskék, amelyek rendelkeznek egy adott anyag kémiai tulajdonságaival. Az atomok az adott anyagot alkotó kémiai elemek tulajdonságaival rendelkező legkisebb részecskék.

2). A molekulák folyamatos kaotikus mozgásban vannak, amit termikusnak neveznek. Egy anyag felmelegítésekor a hőmozgás sebessége és részecskéinek mozgási energiája nő, lehűléskor pedig csökken. Egy test felmelegedési fokát a hőmérséklete jellemzi, amely a test molekulái transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiájának mértéke.

3). Kölcsönhatásuk során a molekulák között felmerülnek a vonzó és taszító erők.

A molekuláris kinetikai elmélet kísérleti alátámasztása

A permeabilitás, az összenyomhatóság és az oldhatóság jelenléte az anyagokban azt jelzi, hogy nem folyamatosak, hanem különálló, egymástól távol lévő részecskékből állnak. A modern kutatási módszerek (elektron- és ionmikroszkópok) segítségével lehetőség nyílt a legnagyobb molekulák képeinek beszerzésére.

Észrevételek Brown -mozgásés a részecskediffúzió azt mutatta, hogy a molekulák folyamatos mozgásban vannak.

A testek szilárdságának és rugalmasságának jelenléte, nedvesíthetőség, tapadás, folyadékok felületi feszültsége stb. - mindez bizonyítja a molekulák közötti kölcsönhatási erők meglétét.

Brown-mozgás.

1827 -ben Brown angol botanikus, mikroszkópon keresztül megfigyelve a pollen vízben való szuszpenzióját, felfedezte, hogy a pollenszemek folyamatosan kaotikusan mozognak. A folyadékban szuszpendált szilárd anyag nagyon kicsi részecskéinek rendetlen mozgását Brown -mozgásnak nevezzük. Azt találták, hogy a Brown-mozgás korlátlan ideig tart. A folyadékban lebegő részecskék mozgásának intenzitása nem függ ezeknek a részecskéknek az anyagától, hanem méretüktől. A nagy részecskék álló helyzetben maradnak. A Brown -mozgás intenzitása a folyadék hőmérsékletének növekedésével növekszik, és a hőmérséklet csökkenésével csökken. A folyadékban felfüggesztett részecskék a velük ütköző folyékony molekulák hatására mozognak. A molekulák kaotikusan mozognak, ezért azok az erők, amelyekkel a lebegő részecskékre hatnak, folyamatosan változnak nagyságukban és irányukban. Ez a lebegő részecskék rendezetlen mozgásához vezet. Így a Brown-mozgás egyértelműen megerősíti a molekulák létezését és hőmozgásuk kaotikus jellegét. (A Brown-mozgás kvantitatív elméletét 1905-ben Einstein dolgozta ki.)

Diffúzió az egymással szomszédos anyagmolekulák spontán kölcsönös behatolásának jelenségét az egymás közötti molekulák közötti réseknek nevezzük. (A félig áteresztő válaszfalakon keresztül történő diffúziót ozmózisnak nevezzük.) A gázokban való diffúzióra példa a szagok terjedése. Folyadékokban a diffúzió vizuális megnyilvánulása a különböző sűrűségű folyadékok gravitációs hatásával szembeni keveredés (ebben az esetben a nehezebb folyadék molekulái felfelé emelkednek, a könnyebbek pedig lefelé mennek). Diffúzió is előfordul benne szilárd anyagok... Ezt bizonyítja ez a tapasztalat: két egymásra fektetett arany és ólom polírozott lapos tányért 5 évig szobahőmérsékleten tartottak. Ezalatt a lemezek összenőttek, egységes egészet alkotva, az aranymolekulák az ólomba, az ólommolekulák pedig az aranyba hatolnak 1 cm mélységig.1 A diffúzió sebessége az anyag aggregációs állapotától és a hőmérséklettől függ . A hőmérséklet emelkedésével a diffúziós sebesség növekszik, csökkenéssel pedig csökken.

A molekulák mérete és tömege

A molekula mérete feltételes érték. Ezt az alábbiak szerint értékelik. A vonzóerők mellett a taszító erők is hatnak a molekulák között, ezért a molekulák csak bizonyos távolságra tudnak megközelíteni. Két molekula középpontjának maximális közeledésének távolságát a molekula effektív átmérőjének nevezzük, és o-val jelöljük (szokás szerint a molekulák gömb alakúak). Kivéve a molekulákat szerves anyag nagyon sok atomot tartalmaz, nagyságrendileg a legtöbb molekula átmérője 10 -10 m, tömege 10 -26 kg.

Relatív molekulatömeg

Mivel az atomok és molekulák tömege rendkívül kicsi, a számítások általában nem abszolút, hanem relatív tömegértékeket használnak, amelyeket úgy kapunk, hogy az atomok és molekulák tömegét összehasonlítjuk egy atomtömeg-egységgel, amely a 1/12-e egy szénatomot (vagyis szénskálát használnak atomtömegek). Relatív molekuláris(vagy atom) tömege Úr(vagy A r) egy anyag molekulájának (vagy atomjának) tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított arányával egyenlő értéket nevezzük 12 C-on. A relatív molekula (atom) tömeg az a mennyiség, amely nincs dimenzió. Az egyes kémiai elemek relatív atomtömegét a periódusos rendszer tartalmazza. Ha egy anyag különböző kémiai elemek atomjaiból képzett molekulákból áll, akkor ennek az anyagnak a relatív molekulatömege megegyezik az anyagot alkotó elemek relatív atomtömegének összegével.

Anyagmennyiség

A testben lévő anyag mennyiségét a testben lévő molekulák száma (vagy az atomok száma) határozza meg. Mivel a makroszkopikus testekben a molekulák száma nagyon nagy, a testben lévő anyagmennyiség meghatározásához a testben lévő molekulák számát összehasonlítják a 0,012 kg szénben lévő atomok számával. Más szóval, az anyag mennyisége v olyan értéket nevezzük, amely megegyezik az adott testben lévő molekulák (vagy atomok) N számának és a 12 g szénben lévő N A atomok számának arányával, azaz.

v = N / N A. Az anyag mennyiségét mólokban fejezzük ki. Egy anyajegy megegyezik az anyagmennyiséggel egy olyan rendszerben, amely annyi szerkezeti elemet (atomot, molekulát, iont) tartalmaz, amennyi atom van a szén-12-ben, súlya 0,012 kg.

Avogadro állandó. Moláris tömeg

A mól definíciója szerint 1 mól bármely anyag azonos számú molekulát vagy atomot tartalmaz. Ezt az N A számot, amely megegyezik az atomok számával 0,012 kg (azaz 1 mol) szénben, Avogadro -állandónak nevezzük. Bármely anyag M moláris tömegét ennek az anyagnak 1 mol tömegének nevezzük. Moláris tömeg az anyagokat kilogramm/molban fejezzük ki.

Az anyag mennyisége megtalálható

Egy molekula tömege megállapítható vagy megadható, hogy a relatív molekulatömeg számszerűen megegyezik egy molekula amu -ban kifejezett tömegével. (1 amu = 1,66 × 10 -27 kg).

1. Az IKT főbb rendelkezései. Molekulák létezésének bizonyítása. Molekulák mérete és tömege.

A molekuláris kinetikai elmélet főbb rendelkezései.

1). Bármely anyag diszkrét (nem folytonos) szerkezetű. A legkisebb részecskékből áll - molekulákból és atomokból, intervallumokkal elválasztva. A molekulák a legkisebb részecskék, amelyek rendelkeznek egy adott anyag kémiai tulajdonságaival. Az atomok az adott anyagot alkotó kémiai elemek tulajdonságaival rendelkező legkisebb részecskék.

2). A molekulák folyamatos kaotikus mozgásban vannak, amit termikusnak neveznek. Egy anyag felmelegítésekor a hőmozgás sebessége és részecskéinek mozgási energiája nő, lehűléskor pedig csökken. Egy test felmelegedési fokát a hőmérséklete jellemzi, amely a test molekulái transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiájának mértéke.

3). Kölcsönhatásuk során a molekulák között felmerülnek a vonzó és taszító erők.

^ A molekuláris kinetikai elmélet kísérleti alátámasztása

A permeabilitás, az összenyomhatóság és az oldhatóság jelenléte az anyagokban azt jelzi, hogy nem folyamatosak, hanem különálló, egymástól távol lévő részecskékből állnak. A modern kutatási módszerek (elektron- és ionmikroszkópok) segítségével lehetőség nyílt a legnagyobb molekulák képeinek beszerzésére.

A Brown-mozgás és a részecskék diffúziójának megfigyelései azt mutatták, hogy a molekulák folyamatos mozgásban vannak.

A testek szilárdságának és rugalmasságának jelenléte, nedvesíthetőség, tapadás, folyadékok felületi feszültsége stb. - mindez bizonyítja a molekulák közötti kölcsönhatási erők meglétét.

^ Brown-mozgás.

1827 -ben Brown angol botanikus, mikroszkópon keresztül megfigyelve a pollen vízben való szuszpenzióját, felfedezte, hogy a pollenszemek folyamatosan kaotikusan mozognak. A folyadékban szuszpendált szilárd anyag nagyon kicsi részecskéinek rendetlen mozgását Brown -mozgásnak nevezzük. Azt találták, hogy a Brown-mozgás korlátlan ideig tart. A folyadékban lebegő részecskék mozgásának intenzitása nem függ ezeknek a részecskéknek az anyagától, hanem méretüktől. A nagy részecskék álló helyzetben maradnak. A Brown -mozgás intenzitása a folyadék hőmérsékletének növekedésével növekszik, és a hőmérséklet csökkenésével csökken. A folyadékban felfüggesztett részecskék a velük ütköző folyékony molekulák hatására mozognak. A molekulák kaotikusan mozognak, ezért azok az erők, amelyekkel a lebegő részecskékre hatnak, folyamatosan változnak nagyságukban és irányukban. Ez a lebegő részecskék rendezetlen mozgásához vezet. Így a Brown-mozgás egyértelműen megerősíti a molekulák létezését és hőmozgásuk kaotikus jellegét. (A Brown-mozgás kvantitatív elméletét 1905-ben Einstein dolgozta ki.)
Diffúzió az egymással szomszédos anyagok molekuláinak spontán kölcsönös behatolásának jelenségét egymás molekulaközi réseibe nevezzük. (A féligáteresztő válaszfalakon keresztül történő diffúziót ozmózisnak nevezzük.) A gázokban való diffúzióra példa a szagok terjedése. A folyadékoknál a diffúzió vizuális megnyilvánulása a különböző sűrűségű folyadékok gravitációs hatása ellen való keveredés (ebben az esetben a nehezebb folyadékok molekulái felemelkednek, a könnyebbek pedig lemennek). A diffúzió szilárd anyagokban is előfordul. Ezt a tapasztalat is bizonyítja: két, egymásra fektetett aranyból és ólomból készült csiszolt lapos tányért 5 évig szobahőmérsékleten tartottak. Ez idő alatt a lemezek összenőttek, egyetlen egészet képezve, az aranymolekulák behatoltak az ólomba, és az ólommolekulák aranyba 1 cm mélységig. . A hőmérséklet emelkedésével a diffúziós sebesség növekszik, csökkenéssel pedig csökken.

^ A molekulák mérete és tömege

A molekula mérete feltételes érték. Ezt az alábbiak szerint értékelik. A vonzóerők mellett a taszító erők is hatnak a molekulák között, ezért a molekulák csak bizonyos távolságra tudnak megközelíteni. Két molekula középpontjának maximális megközelítésének távolságát a molekula effektív átmérőjének nevezzük, és o -val jelöljük (hagyományosan úgy tekintik, hogy a molekulák gömb alakúak). Az igen nagy számú atomot tartalmazó szerves anyagok molekuláitól eltekintve a nagyságrendileg a legtöbb molekula átmérője 10 -10 m, tömege 10 -26 kg.

^ Relatív molekulatömeg

Mivel az atomok és molekulák tömege rendkívül kicsi, a számítások általában nem abszolút, hanem relatív tömegértékeket használnak, amelyeket úgy kapunk, hogy az atomok és molekulák tömegét összehasonlítjuk egy atomtömeg-egységgel, amely a 1/12-e szénatom (vagyis az atomtömegek szénskáláját használják). Relatív molekuláris(vagy atom) tömege M r(vagy A r) egy anyag molekulájának (vagy atomjának) tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított arányával egyenlő értéket nevezzük 12 C-on. A relatív molekula (atom) tömeg az a mennyiség, amely nincs dimenzió. Az egyes kémiai elemek relatív atomtömegét a periódusos rendszer tartalmazza. Ha egy anyag különböző kémiai elemek atomjaiból képzett molekulákból áll, akkor ennek az anyagnak a relatív molekulatömege megegyezik az anyagot alkotó elemek relatív atomtömegének összegével.

^ Anyagmennyiség

A testben lévő anyag mennyiségét a testben lévő molekulák száma (vagy az atomok száma) határozza meg. Mivel a makroszkopikus testekben a molekulák száma nagyon nagy, a testben lévő anyagmennyiség meghatározásához a testben lévő molekulák számát összehasonlítják a 0,012 kg szénben lévő atomok számával. Más szóval, az anyag mennyisége v olyan értéket nevezzük, amely megegyezik az adott testben lévő molekulák (vagy atomok) N számának és a 12 g szénben lévő N A atomok számának arányával, azaz.

v = N/N A . Az anyag mennyiségét mólokban fejezzük ki. Egy anyajegy megegyezik az anyagmennyiséggel egy olyan rendszerben, amely annyi szerkezeti elemet (atomot, molekulát, iont) tartalmaz, amennyi atom van a szén-12-ben, súlya 0,012 kg.

^ Avogadro állandó. Moláris tömeg

A mól definíciója szerint bármely anyag 1 mólja ugyanannyi molekulát vagy atomot tartalmaz. Ezt az N A számot, amely megegyezik az atomok számával 0,012 kg (azaz 1 mol) szénben, Avogadro -állandónak nevezzük. Bármely anyag M moláris tömege ennek az anyagnak 1 mol tömege. Egy anyag moláris tömegét kilogramm/molban fejezzük ki.

Az anyag mennyisége megtalálható

Egy molekula tömegét úgy találhatjuk meg
vagy mivel a relatív molekulatömeg számszerűen megegyezik egy molekula amu -ban kifejezett tömegével. (1 amu = 1,6610 -27 kg).

^ 2. A gáznemű, folyékony és szilárd testek szerkezete

Az anyagnak négy halmazállapota van - szilárd, folyékony, gázhalmazállapotú és plazma.

Ha az anyag molekuláinak minimális potenciális energiája W P sokkal kisebb, mint a hőmozgásuk átlagos mozgási energiája W K (azaz W P> W K, akkor az anyag szilárd állapotban van.

Gázokban alacsony nyomáson és nem alacsony hőmérséklet A molekulák sokszor nagyobb távolságra vannak egymástól, mint méretük. Ilyen körülmények között a gázmolekulákat nem kötik az intermolekuláris vonzóerők. Kaotikusan mozognak a gáz által elfoglalt teljes térfogat mentén. A gázmolekulák kölcsönhatása csak akkor következik be, ha ütköznek egymással és az edény falával, amelyben a gáz található. Ezekben az ütközésekben a lendület átadása határozza meg a gáz által termelt nyomást. Azt a távolságot, amelyet egy molekula két egymást követő ütközés között megtesz, molekuláris átlag szabad útnak nevezzük. Ha a gázmolekulák két vagy több atomból állnak, akkor ütközéskor forgó mozgást kapnak. Így a gázokban a molekulák főleg transzlációs és forgó mozgást végeznek.

Folyadékokban a molekulák közötti távolság összemérhető az effektív átmérőjükkel. A molekulák egymás közötti kölcsönhatásának erői meglehetősen nagyok. A folyékony molekulák az ideiglenes egyensúlyi helyzetek körül oszcillálnak. Azonban folyadékokban, W P ~ W K, ezért a kaotikus ütközések következtében túlzott kinetikus energiát szereztek, az egyes molekulák leküzdik a szomszédos molekulák vonzását, és új egyensúlyi helyzetbe kerülnek, amelyek körül ismét teljesítenek oszcilláló mozgás... A folyadékmolekulák rezgési ideje az egyensúlyi pozíciók közelében nagyon rövid (kb. 10-10 -10-12 s), ezt követően a molekulák átállnak az új pozíciókba. Következésképpen a folyadék molekulái oszcilláló mozgást végeznek az egyensúlyi átmeneti középpontok körül, és hirtelen az egyik egyensúlyi helyzetből a másikba mozognak (az ilyen mozgások miatt a folyadék folyékony és az edény alakját veszi fel) . A folyadék számos mikroszkopikus régióból áll, amelyekben bizonyos sorrend van a közeli molekulák elrendezésében, amelyek nem ismétlődnek a folyadék teljes térfogatában, és idővel változnak. Az ilyen típusú részecskék rendezését rövid hatótávolságú rendnek nevezzük.

Szilárd anyagokban a molekulák közötti távolság még kisebb, mint a folyadékokban. A szilárd anyagok molekuláinak kölcsönhatási erői olyan nagyok, hogy a molekulákat bizonyos helyzetekben egymáshoz viszonyítva tartják, és állandó egyensúlyközpontok körül rezegnek. A szilárd anyagokat kristályosra és amorfra osztják. A kristályos testeket az úgynevezett kristályrácsok jellemzik - molekulák, atomok vagy ionok rendezett és periodikusan ismétlődő elrendezése a térben. Ha a kristályrács tetszőleges csomópontján keresztül egyenes vonal húzódik meg bármilyen irányban, akkor ezen egyenes mentén egyenlő távolságban ennek a rácsnak más csomópontjai lesznek, azaz ez a szerkezet megismétlődik a kristálytest teljes térfogatában . Az ilyen típusú részecskerendelést nagy hatótávolságú rendnek nevezzük. Az amorf testekben (üveg, gyanta és számos más anyag) nincs nagy hatótávolságú rend és kristályrács, ami az amorf testeket tulajdonságaiban hasonlóvá teszi a folyadékokhoz. Az amorf testekben azonban a molekulák sokkal tovább rezegnek az ideiglenes egyensúlyi helyzetek körül, mint a folyadékokban. Szilárd anyagokban a molekulák túlnyomórészt vibrációs mozgást végeznek (bár vannak olyan molekulák is, amelyek transzlációs irányban mozognak, ezt bizonyítja a diffúzió jelensége).

^ 3. Stern tapasztalata. A molekulák sebesség szerinti eloszlása

A gázmolekulák nagy sebességgel mozognak egyenes vonalban az ütközés előtt. Szobahőmérsékleten a légmolekulák sebessége eléri a több száz métert másodpercenként. Azt a távolságot, amelyet a molekulák átlagosan egyik ütközéstől a másikig megtesznek, a molekulák átlagos szabad útjának nevezzük. Szobahőmérsékleten a levegőmolekulák átlagos szabad útvonala 10-7 m nagyságrendű. A mozgás véletlenszerűsége miatt a molekulák sebessége nagyon eltérő. De egy adott hőmérsékleten meghatározhatja azt a sebességet, amelyhez közel van a legnagyobb számú molekula.

Az  in sebességet, amelyhez közel van a legtöbb molekula, a legvalószínűbb sebességnek nevezzük.

Csak nagyon kis számú molekula sebessége nulla közeli, vagy közel végtelenül magas, sokszorosa a legvalószínűbb sebességnek. És természetesen nincsenek olyan molekulák, amelyek sebessége nulla vagy végtelenül magas. De a legtöbb molekula sebessége közel a legvalószínűbb.

A hőmérséklet növekedésével a molekulák sebessége nő. De csökken a legvalószínűbbhez közeli sebességű molekulák száma, mivel nő a sebességek terjedése, és nő azoknak a molekuláknak a száma, amelyek sebessége jelentősen eltér a legvalószínűbbtől. A nagy sebességgel mozgó molekulák száma növekszik, alacsonyabb sebességnél pedig csökken. ÉS a tetszőleges gáztérfogatban lévő molekulák hatalmas száma miatt bármely koordinátatengely mentén egyformán valószínű a mozgási irányuk, ha a gáz egyensúlyi állapotban van, vagyis nincs benne áramlás. Ez azt jelenti, hogy egy molekula bármely irányított mozgása egy másik molekula azonos sebességű irányellenes mozgásának felel meg, azaz ha az egyik molekula például előre mozog, akkor biztosan lesz másik molekula, amely ugyanilyen sebességgel visszafelé mozog. Ezért a molekulák mozgási sebességét, figyelembe véve irányukat, nem lehet jellemezni az összes molekula átlagsebességével, mindig nulla lesz, mert az egyik koordináta-tengelymel egyirányú pozitív sebesség összeadódik egy negatív tengelyirányú ellenirány. Ha az összes molekula sebességét négyzetbe vesszük, akkor minden mínusz eltűnik. Ha összeadjuk az összes molekula sebességének négyzetét, majd elosztjuk az N molekulák számával, azaz meghatározzuk az összes molekula sebességének négyzetének átlagos értékét, majd kivonjuk Négyzetgyök ebből az értékből, akkor már nem lesz egyenlő a nullával, és képesek lesznek jellemezni a molekulák mozgási sebességét. Az összes molekula sebességének négyzetének átlagának négyzetgyökét négyzetgyűrűnek nevezzük
... A molekuláris fizika egyenleteiből következik, hogy
.

^ Stern tapasztalata.

A molekulák sebességének első kísérleti meghatározására 1920-ban került sor. Német fizikus O. Stern. Meghatározta az atomok átlagos sebességét. A kísérlet vázlatos rajza az ábrán látható.

Lapos vízszintes alapon, két koaxiális hengeres felületek 1. és 2. ábra, amely az alappal együtt el tud forogni az OO 1 függőleges tengelye körül. Az 1. felület szilárd, és n
A 2 felület keskeny 4 réssel rendelkezik, amely párhuzamos az OO 1 tengelyével. Ez a tengely egy platina ezüstözött huzal 3, amelyen elektromos áram folyik át. Az egész rendszer egy kamrában található, amelyből a levegőt kiszívják (azaz vákuumban). A huzal felmelegszik magas hőmérsékletű... A felületéről elpárolgó ezüstatomok kitöltik a 2. belső hengert. Ezen atomok keskeny nyalábja a 2. henger falában lévő 4. résen áthaladva eléri az 1. henger belső felületét. Ha a hengerek álló helyzetben vannak, ezüstatomok rakódnak le. ezen a felületen keskeny csík formájában, amely párhuzamos a résekkel (B pont), (a palackok vízszintes síkú része).

Ha a hengereket állandó  szögsebességgel forgásba hozzuk az OO 1 tengely körül a t idő alatt, amely alatt az atomok a résből a külső henger felületére repülnek (azaz az AB távolságot megteszik, amely megegyezik a különbség
ezeknek a hengereknek a sugarai), a hengerek  szögön keresztül forognak, és az atomok egy csík formájában helyezkednek el egy másik helyen (C pont, b ábra). Az atomok lerakódási helyei közötti távolság az első és a második esetben egyenlő s -vel.

jelöljük az atomok átlagos mozgási sebessége, és v = R - vonalsebesség külső henger. Azután
... A telepítés paramétereinek ismeretében és kísérleti méréssel s meg lehet határozni az atomok átlagos mozgási sebességét. Stern kísérletében azt találták, hogy az ezüstatomok átlagos sebessége 650 m / s.

Albert Einstein

Gyakran csak a relativitáselmélet megalkotását tekintik Albert Einstein érdemének. Tudománytörténeti szempontból ez az értékelés helytelen és igazságtalan a fizika más területein elért figyelemreméltó eredményeihez képest. A "relativitáselmélet atyja" rendkívül sokrétű érdeklődéssel rendelkező tudós volt.

A berni években, Einstein legviharosabb kreatív tevékenysége idején, szinte egyszerre jelentek meg kutatásának első eredményei, amelyek nagy jelentőséggel bírtak további fejlődés fizika. Az 1905 -ös év különösen gyümölcsözőnek bizonyult, amikor Einstein 26 éves volt. Időrendi szempontból az első a kutatása volt molekuláris fizika.

Einstein termikus mozgással kapcsolatos munkája elsősorban az atomok és molekulák mozgásának statisztikai leírásának, valamint a mozgás és a hő kapcsolatának problémájával foglalkozott. Ezekben a munkákban Einstein arra a következtetésre jutott, hogy jelentősen kiterjeszti a ragyogó osztrák fizikus, Ludwig Boltzmann és az amerikai Willard Gibbs által elért eredményeket. Einstein fő érdeme nem annyira a matematikai nehézségek leküzdése volt, mint a fizikai problémák mélyebb megfogalmazása. Boltzmann gondolata vezérelte, miszerint a valószínűség fogalmának ("Boltzmann -elv") a hőelmélet matematikai értelmezésének kell alapulnia.

Mindezeket a kérdéseket Einstein önállóan dolgozta ki, így jogunk van Max Bornnal együtt azt mondani, hogy "Einstein újra felfedezte a statisztikai mechanika minden lényeges vonását". A fiatal kutató azzal a szilárd szándékkal kezdte molekuláris fizikális munkáját, hogy megbízható eredményekkel megerősítse az atomisztikus elméletet, amelynek helyességéről meg volt győződve, bár akkor sokak számára ellentmondásosnak tűnt.

Einstein középpontjában az övé kutatómunka a hőelmélet szerint Brown-féle molekulamozgást találtak. 1827 -ben Robert Brown angol botanikus mikroszkóp alatt megfigyelte a pollent; ugyanakkor felfedezte, hogy a folyadékcseppben szuszpendált részecskék folyamatosan szabálytalan, cikcakkos mozgásokat végeznek. Ez a részecskék mozgása - amelyet később a "Brown -mozgást" felfedezett tudósról neveztek el - annál intenzívebb, annál kisebb a részecskék tömege és annál melegebb a folyadék, amelyben vannak.

A tudósok több évtizede sikertelenül próbáltak magyarázatot találni erre a titokzatos jelenségre. Az 1880 -as években - két évtizeddel Einstein előtt - egy francia fizikus azt javasolta, hogy a Brown -mozgás a mikroszkóp alatt láthatatlan folyékony molekulákból lebegő részecskék véletlenszerű hatásának eredménye. Ennek a zseniális magyarázatnak azonban nem volt matematikai igazolása vagy kísérleti megerősítése.

"A nyugalmi állapotban folyadékban lebegő részecskék mozgásáról, a molekuláris kinetikai elméletből adódóan" című cikkében Einstein statisztikai módszerekkel kimutatta, hogy mennyiségi összefüggés van a lebegő részecskék mozgási sebessége, mérete és viszkozitása között a felhasznált folyadék, ami kísérletileg igazolható.

Einstein, aki akkor még nem ismerte a Brown -mozgásról szóló korábbi munkát, úgy vélte, hogy a mikroszkóp alatt látható részecskék mozgása a folyadék mikroszkopikusan láthatatlan molekuláinak mozgásának megnyilvánulása. Einstein teljes matematikai formát adott ennek a jelenségnek a statisztikai magyarázatának, amelyet már Marian von Smoluchowski lengyel fizikus fogalmazott meg előtte. "Einstein Brown-mozgástörvényét" 1908-ban teljes mértékben megerősítették Jean Perrin francia fizikus kísérletei, aki 1926-ban Nobel-díjat kapott ezért a munkájáért.

Einstein molekuláris fizikával foglalkozó munkája bebizonyította annak a gondolatnak a helyességét, hogy a hő egy energiaforma a molekulák rendezetlen mozgásában. Ugyanakkor megerősítették azt az atomista hipotézist, miszerint az anyag - fizikai értelemben - molekulákból és atomokból áll.

Einstein által javasolt módszer a molekulák méretének meghatározására és a Brown -mozgás képlete lehetővé teszi a molekulák számának meghatározását. Ezt megelőzően a fizikusoknak Loschmidt osztrák fizikus által 1865-ben javasolt közelítő módszerekkel kellett beérniük; most Einstein kutatásainak köszönhetően pontos matematikai módszerekkel tudtak működni.

A tisztán tudományos érték mellett Einstein hőmozgással kapcsolatos kutatásai nagy elméleti és kognitív jelentőséggel bírtak. Megmutatták, hogy egyes természettudósok negatív vagy szkeptikus hozzáállása az atomista elmélethez semmilyen módon nem indokolt. Einstein bizonyítéka az atomszemlélet helyességére olyan meggyőző volt, hogy Wilhelm Ostwald kémikus, aki korábban Ernst Mach-al az atomok tanának makacs ellenfele volt, most saját szavai szerint "áttért az atomhitre".

Einstein döntő hozzájárulását az atomizmus győzelméhez az egyik legnagyobb tudományos eredményének kell tekinteni. Ebben méltó utódja az ókor nagy materialistáinak: Démokritosznak, Epikurosznak és Lucretiosznak.

Friedrich Gerneck, 1984

Rizs. 8. Brown -mozgás

Az atom-molekuláris elméletnek nagy jelentősége volt a kémia számára, amely ennek köszönhetően gyorsan fejlődni kezdett, és rövid idő alatt ragyogó sikert ért el.

Azonban in késő XIX században, amikor ez a tan már annyi értékes eredményt adott, reakciós áramlat támadt, amely alapvetően tagadta az atomok és molekulák létezését. Az idealista filozófia hatására Németországban megjelent az úgynevezett "energia" vegyésziskola, amelynek élén a híres tudós Ostwald állt, akinek elméleti nézetei az anyaggal nem összefüggő absztrakt energiafogalmon alapultak. Ennek az iskolának a hívei úgy vélték, hogy minden külső jelenség az energiák közötti folyamatokként magyarázható, és kategorikusan elutasították az atomok és molekulák létezését, mivel azok nem érhetők el a részecskék közvetlen érzékszervi észlelésében.

Ostwald energiadoktrinája az idealista filozófiai irányzatok egyik fajtája volt a materializmus ellen a tudományban. Ostwald hívei hallgatólagosan felismerték, hogy tudatunk, gondolkodásunk, érzéseink önállóan léteznek, mint valami elsődleges dolog, amely nem kapcsolódik az anyaghoz. A kémiai elemeket nem határozottnak, hanem mint különféle formák kémiai energia.

Ostwald tantételének reakciós lényegét VI Lenin ragyogóan fedte fel Materializmus és empirikus-kritika című munkájában. ch. E munka V. a filozófiai idealizmusnak a fizika néhány új irányzatával való kapcsolatáról beszélve Lenin Ostwald „filozófiáján” is él, bizonyítja annak teljes ellentmondását és vereségének elkerülhetetlenségét a materializmus elleni küzdelemben.

"…kísérlet gondol mozgás anyag nélkül, írja Lenin gondolat, elvált az anyagtól, és ez a filozófiai idealizmus."

Lenin nemcsak teljesen feltárta Ostwald érvelésének idealista alapját, hanem megmutatta a bennük rejlő belső ellentmondásokat is. Ostwald az anyag nélküli mozgás filozófiai elképzelésének előterjesztésével elutasítja az anyag objektív létezését, ugyanakkor maga a fizikus-kémikus minden lépésben materialisztikusan értelmezi az energiát, a megmaradás és átalakulás törvényére támaszkodva. energia. „Az energia átalakulását – állapítja meg Lenin – a természettudomány az emberi tudattól és az emberiség tapasztalatától független, objektív folyamatnak tekinti, vagyis materialistán tekinti. És magában Ostwaldban sok esetben, sőt valószínűleg az esetek túlnyomó többségében az energiát úgy értik anyag forgalom".

Hamarosan a 20. század elejét jelző megdöbbentő új felfedezések olyan cáfolhatatlanul bizonyították az atomok és molekulák valóságát, hogy végül még Ostwald is kénytelen volt beismerni létezésüket.

Tól től kísérleti kutatás Az atomok és molekulák létezésének kérdésével foglalkozó Perrin francia fizikusnak a részecskék úgynevezett szuszpenziókban való eloszlásának és mozgásának tanulmányozásával foglalkozó munkái különösen érdekesek.

Miután előkészített egy szuszpenziót, amely azonos méretű részecskéket tartalmaz, mikroszkópon keresztül látható, Perrin megvizsgálta az eloszlást részecskék benne. Számos, rendkívüli gondossággal végzett kísérlet eredményeként bebizonyította, hogy a szuszpenziós részecskék magassági eloszlása ​​pontosan megfelel a gázok koncentrációjának magassággal csökkenésének törvényének, amely a gázok kinetikai elméletéből származik. Így Perrin megmutatta, hogy a szuszpenziók a gázok igazi modelljei; következésképpen egyes molekulák is léteznek gázokban, csak kis méretük miatt láthatatlanok.

A Perrin által kapott eredmények a szuszpenziós részecskék mozgásának megfigyelésekor még meggyőzőbbnek bizonyultak.

Ha erős mikroszkóp alatt vizsgáljuk a folyékony cseppeket, amelyekben részecskék vannak, akkor látható, hogy a részecskék nem maradnak nyugalomban, hanem folyamatosak. szaggatottan mozognak mindenféle irányban. A részecskék mozgása rendkívül kaotikus. Ha mikroszkóp alatt követi nyomon az egyes részecskék útvonalát, akkor nagyon összetett cikcakk vonalt kap, ami azt jelzi, hogy a részecskék mozgásában nincs szabályosság (8. ábra). Ez a mozgás addig folytatódhat, amíg tetszik, anélkül, hogy gyengítené vagy megváltoztatná karakterét.

A leírt jelenséget 1827 -ben Brown angol botanikus fedezte fel, és a Brownian motion nevet kapta. Erre azonban csak a 60-as években adtak magyarázatot molekuláris-kinetikai fogalmak alapján. E magyarázat szerint a szuszpenzióban lévő részecskék látható mozgásának oka a környező folyadékmolekulák láthatatlan hőmozgása. A szuszpenzió részecskéi által a folyadékmolekulák minden oldaláról kapott ütések természetesen nem tudják pontosan kiegyensúlyozni egymást; minden pillanatban megbomlik az egyensúly egyik vagy másik irány javára, aminek következtében a részecskék bizarr útjukat teszik meg.

Így már a Brown-mozgás létezésének ténye is tanúskodik a molekulák valóságáról, és képet ad azok rendezetlen mozgásáról, mivel a lebegő részecskék általában ugyanazokat a mozgásokat ismétlik, mint a folyadék molekulái. De Perrin kutatásában még tovább ment: a részecskék mikroszkóp alatti mozgásának hosszú távú megfigyelésével meg tudta határozni a részecskék átlagos mozgási sebességét. Innen, ismerve az elkészített szuszpenzió részecskéinek tömegét, Perrin kiszámította azok átlagos mozgási energiáját. Az eredmény elképesztő. Kiderült, hogy a részecskék mozgási energiája pontosan megegyezik a gázmolekulák mozgási energiájával, amelyet a kinetikai elmélet alapján azonos hőmérsékletre számoltak. Perrin részecskéi körülbelül 10 12 -szer voltak nehezebbek, mint a hidrogénmolekulák, miközben mindkettő mozgási energiája azonos. Ezen tények megállapítása után már nem lehetett tagadni a molekulák objektív valóságát.

Jelenleg a Brown -mozgást a folyékony molekulák termikus mozgásának következményeként és a szuszpenziós részecskék független hőmozgásának tekintik. Ez utóbbiak mintha óriásmolekulák lennének, amelyek részt vesznek a hőmozgásban, láthatatlan folyékony molekulákkal együtt. Nem alapvető különbség az egyik és a másik között nem létezik.

Perrin kísérletei nemcsak bebizonyították, hogy molekulák valóban léteznek, hanem lehetővé tették egy molekulaszám kiszámítását is egy gramm gázmolekulában. Ezt a számot, amely, mint tudjuk, egyetemes jelentéssel bír, Avogadro számának nevezik. Perrin számításai szerint körülbelül 6,5 10 23-nak bizonyult, ami nagyon közel áll ennek az értéknek a korábban más módszerekkel megállapított értékéhez. Ezt követően Avogadro számát sokszor teljesen más határozta meg fizikai módszerekés az eredmények mindig nagyon közeliek voltak. Az eredmények ilyen egybeesése a talált szám helyességéről tanúskodik, és vitathatatlan bizonyítékul szolgál a molekulák valós létezésére.

Jelenleg feltételezik, hogy Avogadro száma

6,02 10 23

Avogadro számának kolosszális nagysága minden képzeletünket felülmúlja. Valami elképzelés csak összehasonlításokkal nyerhető el.

Tegyük fel például, hogy 1 mól, azaz 18 G, a víz egyenletesen oszlik el a földgömb teljes felületén. Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy a felület minden négyzetcentiméterére körülbelül 100 000 molekula jut.

Itt egy másik összehasonlítás. Tegyük fel, hogy sikerült valahogy megjelölnünk a 18 g vízben található összes molekulát. Ha ezután ezt a vizet a tengerbe öntöd, és megvárod, míg egyenletesen elegyedik a föld összes vizével labdát, bárhol felkanalazva egy pohár vizet, körülbelül 100 általunk jelölt molekulát találunk benne.

Rizs. 9. Cink -oxid füstrészecskék 20.000 -szeres nagyítással

Mivel normál körülmények között egy gramm molekula bármely gáz 22,4 liter térfogatot foglal el, akkor 1 -ben ml gáz ilyen körülmények között 2,7 10 19 molekulát tartalmaz. Ha egy edényben a gáz ritkítását a legjobb szivattyúkkal elérhetõ szélsõ határig (akár a légkör körülbelül egytízmilliárdáig) hozzuk, vagyis elérjük azt, amit gyakorlatilag „levegtelen térnek” tekintünk, akkor mindazonáltal ennek a molekulatérnek 1 cm 3 -ében jelentősen megmarad többet, mint az összes ember a földgömb... Ebből meg lehet ítélni, hogy milyen jelentéktelennek kell lennie a molekulák és atomok méretének, ha ilyen nagy szám fér bele 1-be. cm 3. Pedig a fizikusok különböző módokon számolták ki ezeket a méreteket. Kiderül, hogy ha apró golyók formájában képzeljük el a molekulákat, akkor átmérőjüket centiméter százmilliomodrészében mérjük. Például egy oxigénmolekula átmérője körülbelül 3,2 10-8 cm, hidrogénmolekula átmérője 2,6 10 -8 cmés egy hidrogénatom átmérője 1 10 -8 cm.

Ilyen kis mennyiségek kifejezésére nagyon kényelmes a centiméter százmilliomodrészének (10-8 cm). Ezt az egységet Angstrom svéd fizikus javasolta a fény hullámhosszának mérésére, és róla nevezték el angströmnek. A vagy A szimbólum jelöli. Az atomok és molekulák lineáris méreteit általában több angström fejezi ki.

Ismerve az egy gramm molekulában lévő molekulák számát, és így az egy grammatomon belüli atomok számát, kiszámolható bármely elem atomjának tömege grammban. Például, ha elosztjuk a gramm hidrogént Avogadro számával, megkapjuk a hidrogénatom tömegét grammban: