§10 Тепловое движение частиц вещества. Диффузия

Английский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп за частицей пыльцы в воде, обнаружил, что частица движется. Траектория была непредсказуема, а скорость зависела от температуры (что такое температура нет параграфа!!!). Такое беспорядочное движение микроскопических твёрдых частиц в жидкости или газе назвали броуновским движением.

Установлено, что причиной броуновского движения твердой частицы являются ее столкновения с движущимися молекулами жидкости.

При увеличении температуры жидкости ее молекулы двигались быстрее и движение твердой частицы в ней становилось более интенсивным. Так как движение молекул зависит от температуры, его назвали тепловым движением.

Тепловое движение – хаотическое (беспорядочное) движение молекул, зависящее от температуры.

Теоретически, молекулы могут покоиться лишь при температуре –273,15˚С = 0˚K. Эта температура называется абсолютным нулём и на практике недостижима. Даже в самых холодных уголках нашей Вселенной измеренная температура будет выше абсолютного нуля. (нет параграфа про температуру!!!)

Интересно! Минимальная температура, которую достигли учёные, выше абсолютного нуля всего на 0,000 000 005 градуса. (нет параграфа про температуру!!!)

Диффузия – ещё одно проявление движения частиц.

Между крупинками песка есть промежутки. Если взять стакан с песком и налить туда воду, её молекулы заполнят эти промежутки.

Между молекулами любого физического тела тоже есть промежутки, в которые проникают другие молекулы. Доказать это можно так. Возьмём 50 мл спирта и 50 мл воды. При переливании их в стакан должно получиться 100 мл жидкости, но получается 97 мл. Это происходит из-за свободного пространства между молекулами спирта, в которых размещаются молекулы воды.

Диффузия – явление взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.

Диффузия происходит и в газах. Вы делаете уроки и по запаху чувствуете, что на кухне жарят котлеты. Но что есть запах? Это газообразные частицы котлет, которые попали на рецепторы запаха в вашем носу. Но все окна закрыты и ветра нет. Следовательно, газообразные частицы котлет, двигаясь, проникали между частицами воздуха и в итоге достигли вашего носа. Это и есть проявление диффузии в газах.

Можно произвести эксперимент, демонстрирующий диффузию молекул наглядно. Если поместить кристаллик марганцовки в стакан с водой, она постепенно окрасится в розовый цвет: это молекулы марганцовки вследствие теплового движения проникают между молекулами воды. В тёплой воде это происходит быстрее.

Исследуйте сами!

Налейте полстакана воды и посолите её. При желании можете подкрасить солёную воду пищевым красителем. Далее осторожно, тонкой струйкой по куску бинта долейте сверху пресную воду так, чтобы солёная и пресная вода НЕ перемешались сразу. Теперь в стакане сверху образовался слой пресной воды, снизу – солёной (можно убедиться, попробовав верхний слой на вкус). Оставьте стакан на несколько часов и снова попробуйте на вкус верхний слой воды. Вода станет солёной. Это и есть проявление диффузии в жидкостях, то есть перемещение молекул соли по всему объёму воды в стакане.

Скорость диффузии в газах больше, чем в жидкостях: в газах больше промежутки между молекулами, поэтому молекулы одного вещества проходят большие пути между столкновениями с молекулами другого вещества. На скорость диффузии влияет и скорость самих молекул: чем выше температура, тем быстрее они двигаются и перемешиваются друг с другом.

Диффузия есть и в твёрдых телах, но это очень медленный процесс. Если прижать отшлифованные пластины золота и свинца, то за 5 лет при комнатной температуре они проникнут друг в друга всего на 1 мм.

Вопросы:

1. В чём причина броуновского движения?

2. Почему хаотическое движение молекул называют тепловым?

3. Как полностью остановить движение молекул в теле?

4. Какие явления подтверждают, что молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении?

5. Как объясняется диффузия с точки зрения молекулярного строения вещества?

6. От чего зависит скорость диффузии?