Основните позиции на МТКС. Доказателство за съществуването на молекули
Основните разпоредби на молекулярната кинетична теория.
един). Всяко вещество има дискретна (интермитентна) структура. Състои се от най-малките частици - молекули и атоми, разделени от интервалите. Молекулите са най-малките частици с химичните свойства на това вещество. Атомите са най-малките частици със свойствата на химичните елементи, които са част от това вещество.
2). Молекулите са в състояние на непрекъснато хаотично движение, наречено термично. Когато веществото се нагрява, скоростта на движението на топлина и кинетичната енергия на нейните частици се увеличават и по време на охлаждането - намаление. Степента на отопление на тялото се характеризира с температурата му, което е мярка за средната кинетична енергия на транслационното движение на молекулите на това тяло.
3). Между молекулите в процеса на тяхното взаимодействие възникват силите на привличане и отблъскване.
^ Експериментална обосновка за молекулярна кинетична теория
Наличието на пропускливост, сгъстимост и разтворимост в вещества показва, че те не са твърди и се състоят от отделни частици, разделени от интервали. С помощта на модерни изследвания (електронни и йонни микроскопи) е възможно да се получат изображения на най-големите молекули.
Наблюденията на кафявото движение и разпространението на частици показват, че молекулите са в непрекъснато движение.
Наличието на сила и еластичност на тела, омокряемост, адхезия, повърхностно напрежение в течности и др. - Всичко това доказва съществуването на взаимодействията между молекулите.
^ Кафяво движение.
През 1827 г. английската ботаник Браун, гледайки цветен прашец в микроскоп във водата, откри, че зърната на цветен прашец непрекъснато се движат хаотично. Безредно суспендирани в течни твърди твърди частици и са получили името на Brownian движение. Установено е, че движението на Brownian се случва за неопределено време за дълго време. Интензивността на движението на частиците, претеглена в течността, не зависи от веществото на тези частици и зависи от техния размер. Големите частици остават неподвижни. Интензивността на движението на Brownian се увеличава с увеличаване на температурата на течността и намалява с намаляването му. Частиците претеглени в течността се движат под действието на течни молекули, които са изправени пред тях. Молекулите се движат хаотични, така че силите, с които те действат върху суспендирани частици, непрекъснато се променят по модул и посока. Това води до непостоянно движение на суспендирани частици. Така движението на Brownian визуално потвърждава съществуването на молекули и хаотичен характер на термичното им движение. (Количествена теория за движението на Brownian, разработено през 1905 г. Айнщайн.)
Дифузияте наричат \u200b\u200bфеномена на спонтанното взаимно проникване на молекули, граничещи помежду си между тях вещества в интермолекулни интервали. (Дифузия, която се случва чрез полупропускливи прегради, се нарича осмоза.) Пример за дифузия в газовете е разпространението на миризми. В течности визуалното проявление на дифузията се смесва спрямо тежестта на тежестта на течностите с различна плътност (с по-тежки молекули на флуида се издигат и по-лесни). Дифузията се среща в твърди вещества. Това доказва такова преживяване: две полирани плоски плочи злато и олово, поставени един върху друг, се държат при стайна температура в продължение на 5 години. През това време плочите са нараснали, образуват едно цяло, а златните молекули проникват в олово и оловни молекули - в злато до дълбочина 1 cm. 1 Ниска на дифузия зависи от съвкупното състояние на веществото и температурата. С увеличаване на температурата, скоростта на дифузия се увеличава и намалява с намаление.
^ Размери и тегло на молекулите
Размерът на молекулата е условната стойност. Тя се оценява, както следва. Има и отблъскващи сили между молекулите, заедно със силите на привличането, затова молекулите могат да се доближат само до определено разстояние. Разстоянието на максималното сближаване на центровете на две молекули се нарича ефективен диаметър на молекулата и се обозначава (в същото време, обикновено се смята, че молекулите имат сферична форма). С изключение на молекулите на органични вещества, съдържащи много голям брой атоми, повечето от молекулите с порядък имат диаметър 10-10 m и маса от 10-26 kg.
^ Относително молекулно тегло
Тъй като масите на атомите и молекулите са изключително малки, в изчисленията обикновено не са абсолютни и относителните стойности на масите, получени чрез сравняване на маси от атоми и молекули с атомна единица маса, която е избрана 1/12 част на масата на въглеродния атом (т.е. използван въглероден мащаб на атомните маси). Относителна молекулярна (или атомник) Маса М. r. (или НО r.) Вещества повикват стойността, равна на съотношението на масата на молекулата (или атома) на това вещество до 1/12 маса на въглеродния атом 12С. Относителната молекулна (атомна) маса е стойност, която няма измерение. Относителната атомна маса на всеки химичен елемент е посочена в масата на Менделеев. Ако веществото се състои от молекули, образувани от атоми с различни химични елементи, относителното молекулно тегло на това вещество е равно на сумата на относителните атомни маси на елементите, които са част от това вещество.
^ Брой вещества
Количеството на веществото, съдържащо се в тялото, се определя от броя на молекулите в този орган (или по броя на атомите). Тъй като броят на молекулите в макроскопични тела е много голям, за да се определи количеството на веществото в организма, сравнява броя на молекулите в това тяло с броя на атомите в 0.012 kg въглерод. С други думи, количеството на веществото в. Те наричат \u200b\u200bстойността, равна на съотношението на броя на молекулите (или атомите) n в това тяло към броя на атомите n a в 12 g въглерод, т.е.
в. \u003d N / n А. . Количеството вещество се изразява в мола. MOL е равен на броя на веществото на системата, съдържаща като много структурни елементи (атоми, молекули, йони), като съдържащи атоми в въглерод-12 с тегло 0.012 kg.
^ Постоянно Avogadro. Моларна маса
Съгласно дефиницията на концепцията за mol, в 1 mol от всяко вещество съдържа същия брой молекули или атоми. Това е номерът N а, равен на броя на атомите в 0.012 kg (т.е. в 1 mol) въглерод, се нарича постоянно агогадро. Моларната маса m от всяко вещество се нарича маса от 1 mol от това вещество. Моларната маса на веществото се изразява в килограми на мол.
Количеството вещество може да бъде намерено като 
Масата на една молекула може да бъде намерена като 
Или като се има предвид, че относителното молекулно тегло на числото е равно на масата на една молекула, експресирана в A.E.M. (1 ч .m. \u003d 1.66 € 10 -27 кг).
^ 2. структурата на газообразни, течни и твърди вещества
Има четири съвкупни състояния на веществото - твърда, течна, газообразна и плазма.
Ако минималната потенциална енергия W P на веществените молекули е много по-малка от средната кинетична енергия на термичната им движения W K (т.е., тогава веществото е в твърдо състояние.
В газове без високо налягане и не ниски температури, молекулата е една от друга на разстояния, много пъти по-висока от техните размери. При такива условия газовата молекула не е свързана с междумолекулните сили на привличането. Те са хаотично прогресивно преместване през обема, зает с газ. Взаимодействието на газовите молекули се среща само в сблъсъка им помежду си и със стените на кораба, в който се намира газът. Импулсното предаване при тези сблъсъци води до получаване на газ. Разстоянието, което молекулата преминава между две последователни сблъсъци, се нарича дължина на свободния пробег на молекулите. Ако газовите молекули се състоят от два или няколко атома, след това, когато сблъсък, те придобиват въртеливо движение. Така в газовете молекулите правят предимно прогресивно и ротационно движение.
При течности разстоянието между молекулите е сравнимо с техния ефективен диаметър. Силите на взаимодействие на молекулите помежду си са достатъчно големи. Течните молекули варират в близост до равновесни стълби. Следователно, в течности W ~ W k, следователно, получено чрез хаотични сблъсъци, излишък от кинетична енергия, индивидуалните молекули преодоляват привличането на съседни молекули и отиват на нови равновесни позиции, около които отново осцилаторно движение. Времето на молекулите на флуидните течности в близост до равновесните позиции е много малко (около 10 -10 - 10 -12 ° С), след което молекулите правят прехода към нови позиции. Следователно, молекулите на флуидите правят колеларно движение около времевите центрове на равновесие и скачат от някои равновесни позиции към други (поради такива движения, течността има течност и е под формата на съда, в който се намира). Течността се състои от множество микроскопични зони, в които има определена подредност на местоположението на близките молекули, което не се повтаря през целия обем на течността и променливите с течение на времето. Този тип разделяне на частици се нарича почти поръчка.
При твърди вещества разстоянието между молекулите е дори по-малко, отколкото в течности. Силите на взаимодействието на твърдите молекули между тях са толкова големи, че молекулите се държат един с друг в определени позиции и се колебаят около постоянни равновесни центрове. Твърдите тела се разделят на кристален и аморфен. За кристални тела, така наречените кристални решетки са характерни - подредени и периодично се повтарят в пространството на молекулите, атомите или йони. Ако прекарвате директно във всяка посока през произволен възел на кристалната решетка, тогава други възли на тази решетка ще бъдат изпълнени заедно с еднакво разстояние, т.е. тази структура се повтаря в целия обем на кристалното тяло. Този вид подреденост на частиците се нарича дългосрочен ред. В аморфни тела (стъкло, смола и редица други вещества) няма дълга гама и кристална решетка, която обединява свойствата на аморфни тела с течности. Въпреки това, в аморфните тела на молекулата се колебаят близо до временните позиции на равновесие, е много по-дълго, отколкото в течности. При твърди вещества молекулата прави преобладаващо колебание движение (въпреки че има и отделни молекули, които се движат постепенно, както се вижда от фона на дифузията).
^ 3. Опит Кърн. Разпределение на молекулите.
Газовите молекули се движат с високи скорости ясни преди сблъсъка. При стайна температура скоростта на въздушните молекули достига няколкостотин метра в секунда. Разстоянието, което молекулите се движат средно от един сблъсък към другия, се нарича средна свободна пътека на молекулите. При въздушни молекули при стайна температура средната дължина на свободния пробег е около 10-7 m. Поради хаотичното движение на молекулата те имат най-различни скорости. Но при тази температура можете да определите скоростта, близка до която има най-голям брой молекули.
Скоростта , в която е близо до която най-големият брой молекули се нарича най-вероятната скорост.
Само много малко количество молекули има скорост близо до нула, или близо до безкрайно голяма величина, много пъти по-високо до най-вероятната скорост. И, разбира се, няма молекули, чиято скорост е нула или безкрайно голяма. Но повечето молекули имат скорост близо до най-вероятно.
С увеличаване на температурата на молекулите. Но количеството молекули със скорост, близки до най-вероятното намаление, тъй като разпространението се увеличава със скорост, количеството на молекулите се увеличава, чиито скорости се различават значително от най-вероятните. Броят на молекулите, движещи се с високи скорости, се увеличава и по-малко - намалява. И 
z-за огромно количество молекули във всеки обем на газта на тяхната посока на движение по всяка ос на координатите е еднакво дори ако газът е в състояние на равновесие, т.е. няма потоци. Това означава, че всяко насочено движение на една молекула съответства на анти-насоченото движение на друга молекула при същата скорост, т.е. ако една молекула се движи, например, напред, след това има различна молекула, която се движи със същата скорост. Следователно, скоростта на движение на молекулите, като се вземат предвид техните указания, не може да се характеризира със средна скорост на всички молекули, тя винаги ще бъде нула, защото положителната скорост, координира, е координирана с една от осите на координата, с отрицателна скорост на анти-утаяване на тази ос. Ако стойностите на скоростите на всички молекули са издигнати на квадрат, тогава всички против ще изчезнат. Ако след това сгънете квадратите на цените на всички молекули и след това разделени от броя на молекулите n, т.е. определете средната стойност, величината на квадратите на всички молекули и след това извадете квадратния корен от тази стойност, след това той Няма да бъде нула и ще бъде възможно да се опише скоростта на движение на молекули. Квадратният корен от средните стойности на скоростите на всички молекули се нарича средната им квадратична скорост. 
. От уравненията на молекулярна физика следва това 
.
^ Кърмов опит.
Първото експериментално определяне на скоростта на молекулите е направено през 1920 г. от германския физик О. Стърн. Той определя средната скорост на атомите. Експерименталната схема е показана на фиг.
Две коаксиални цилиндрични повърхности 1 и 2 са фиксирани върху плоска хоризонтална основа, която заедно с основата може да се върти около вертикалната ос на OO1. Повърхност 1 твърдо вещество и p 
преодоленията 2 има тесен слот 4, паралелна ос oo 1. Тази ос е платината сребърна покривка 3, през която се пропуска електрическият ток. Цялата система е в камерата, от която е изхвърлен въздух (т.е. във вакуум). Тел, нагряван до висока температура. Сребърни атоми, изпаряващи се от повърхността му, напълнете вътрешния цилиндър 2. тесният лъч на тези атоми, който премина през слота 4 в стената на цилиндъра 2, лети във вътрешната повърхност на цилиндъра 1. Ако цилиндрите са все още, Сребърните атоми се отлагат на тази повърхност като паралелен процеп на тесен лента (точка Б), (цилиндрово напречно сечение с хоризонтална равнина).
Когато цилиндрите водят до въртене с постоянна ъглова скорост около OO 1 ос за Т, по време на която атомите летят от прорежа до повърхността на външния цилиндър (т.е. има разстояние от AV, еднаква разлика 
Радиус на тези цилиндри), цилиндрите се обръщат към ъгъла и атомите се отлагат под формата на лента на друго място (точка С, фиг. Б). Разстоянието между местата за отлагане на атомите в първия и във вторите случаи е.
Обозначаваме 
Средната скорост на атомите и V \u003d R е линейната скорост на външния цилиндър. Тогава 
. Знаейки параметрите на инсталацията и измерването на експериментално S, средната скорост на атомите може да се определи средно. В експеримента, кърмата е установена, че средната скорост на сребърните атоми е 650 m / s.
Планините, звездите, хората са всичко, което виждаме, се състои от малки атоми. Атомите са малки. Много и много. От детството знаем, че цялото вещество се състои от клъстери на тези малки неща. Също така знаем, че те не могат да се видят с невъоръжено око. Ние сме принудени да повярваме на тези изявления, без да се налага да проверяваме. Атомите взаимодействат помежду си и на тухлите съставляват нашия свят. Как да знаем това? Мнозина не обичат да приемат учени за чисти монети. Нека заедно с науката ще предадат пътя от осъзнаването на атомите към непосредственото доказателство за тяхното съществуване.
Може да изглежда, че има лесен начин да се докаже съществуването на атоми: избутайте ги под микроскоп. Но този подход няма да работи. Дори и най-мощните микроскопи, фокусиращи светлината, могат да визуализират един атом. Обектът става видим, защото отразява светлинните вълни. Атомите са толкова по-малки от дължината на вълната на видимата светлина, която изобщо не взаимодействат. С други думи, атомите са невидими дори за светлина. Въпреки това, атомите все още са наблюдавали ефекти върху някои неща, които можем да видим.
Преди стотици години, през 1785 г. холандският учен Ян Ингенхауз изучава странно явление, което не можеше да разбере. Най-малките частици от въглищен прах се промъкват на повърхността на някакъв алкохол в неговата лаборатория.
50 години по-късно, през 1827 г., шотландският ботаник Робърт Браун описва нещо изненадващо подобно. Изучавайки гранулите на цветен прашец под микроскоп, кафявата установена, че някои гранули излъчват малки частици - които след това се отстраняват от полен в случайно нервен танц.
Първоначално Skiney смяташе, че частиците са някакъв неизвестен организъм. Той повтори експеримент с други вещества, като каменен прах, който очевидно беше понижаващ и отново видя странно движение.
Отне почти сто години, така че науката да намери обяснение. Айнщайн дойде и разработи математическа формула, която прогнозира много специалния вид движение - след това се нарича Brownian движение, в чест на Робърт Браун. Теорията на Айнщайн е, че частиците на гранулите на цветен прашец непрекъснато се движат, тъй като милиони малки водни молекули се разбиват в тях - молекули, състоящи се от атоми.
"Той обясни, че това е нервно движение, което наблюдаваш, всъщност е причинило въздействието на отделните водни молекули върху прахови частици или какво имаш там," обяснява Хари Клиф от Университета в Кеймбридж, както и куратор на Музея на науката в Лондон .
До 1908 г. наблюденията, подкрепяни от изчисления, показват, че атомите са реални. В продължение на десет години физиката е значително напреднала. Разтягане на отделни атоми, те започнаха да разбират своята вътрешна структура.
Изненадата беше, че атомите могат да бъдат разделени - особено в светлината на факта, че името "атом" излезе от гръцкия "атом", което означава "неделим". Но физиците сега знаят, че атомите са далеч от основните тухли. Те се състоят от три основни части: протони, неутрони и електрони. Представете си, че протоните и неутроните заедно образуват "слънцето" или ядрото, в центъра на системата. Електроните са в орбитата на това ядро, като планети.
Ако невъобразимите атоми са малки, тогава тези субатомни частици изобщо са. Това е смешно, но първият е намерен най-малката частица от трима - електрон. За да разберете разликата в размерите, имайте предвид, че протоните в ядрото са 1830 пъти повече електрон. Представете си Chup Chups във въздушния балон орбита - несъответствието ще бъде приблизително.
Но как разбрахме, че тези частици са там? Отговорът е, че те са макар и малки, но имат голямо влияние. Британският физик Томсън, който отвори електрони, използва отличен метод, за да докаже своето съществуване през 1897 година.
Той имаше крокс тръба - парче стъкло от забавна форма, от която колата беше изсмукана почти целия въздух. Към единия край на тръбата се сумира отрицателен електрически заряд. Тази такса беше достатъчна, за да извади частта от електроните, оставена в газовата тръба в молекулите. Електроните се зареждат отрицателно, така че летят до друг край на тръбата. Благодарение на частичен вакуум, електроните летяха през тръбата, без да се срещат с големи атоми по пътя си.
Електрическият заряд доведе до факта, че електроните се движеха много бързо - около 59 500 километра в секунда - докато не се блъснаха в чашата в далечния край, избивайки още повече електрони, които се скриха в атомите му. Изненадващо, сблъсъкът между тези спиращи дъха малки частици произвежда толкова енергия, която той доведе до фантастично зелено жълто блясък.
"В известен смисъл е един от първите ускорители на частиците", казва Клиф. - ускорява електроните в единия край на тръбата към друг и те се разбиват в екрана в другия край, произвеждайки фосфоресциращ блясък. "
Тъй като Томсън открил, че може да контролира електронните лъчи с магнити и електрически полета, той знаеше, че не е просто странни лъчи на светлината, те са заредени частици.
И ако се интересувате от това как тези електрони могат да летят независимо от своите атоми, това се дължи на процеса на йонизация, в който - в този случай електрическият заряд променя структурата на атома, като чука електрони в пространството наблизо.
По-специално, поради факта, че електроните са толкова лесни за манипулиране и преместване, станаха възможни електрически вериги. Електроните в медната жица се движат като влак от един меден атом към друг - следователно, проводникът се предава над тел. Атомите, както вече казахме, те не са твърди части от вещества, а системи, които могат да бъдат модифицирани или разглобени върху структурните елементи.
Откриването на електрона показа, че трябва повече да научите за атомите. Работата на Томсън показа, че електроните са отрицателно заредени - но знаеше, че самите атоми нямат обща такса. Той предложи, че те трябва да съдържат тайнствените положително заредени частици, за да компенсират неблагоприятно заредени електрони.
Началото на 20-ти век показа тези положително заредени частици и в същото време разкриват вътрешната структура на атома - подобна на слънчевата система.
Ърнест Ръдърфорд и колегите му взеха много тънко метално фолио и го поставиха под лъча на положително зареденото лъчение - потокът от малки частици. По-голямата част от мощното радиация минаваше, когато Refordford вярваше, като се има предвид дебелината на фолиото. Но, за изненадата на учените, част от него отскочи.
Ръдърфорд предложи, че атомите в металното фолио трябва да съдържат малки плътни зони с положителен заряд - нищо друго няма да има достатъчно потенциал, за да отрази такава мощна радиация. Той открил положителни обвинения в атома - и едновременно доказа, че всички те са свързани в гъста маса, за разлика от електроните. С други думи, той демонстрира съществуването на гъсто ядро \u200b\u200bв атома.
Имаше проблем. Докато вече можеха да изчислят масата на атома. Но като се имат предвид данните за това, което сериозно трябва да има частици на ядрото, идеята за това, което всички те са били положително обвинени, не са имали смисъл.
"Въглеродът има шест електрона и шест протони в ядрото - шест положителни обвинения и шест отрицателни обвинения", обяснява скалата. - Но въглеродното ядро \u200b\u200bне претегля шест протони, тя тежи еквивалента на 12 протони. "
Първоначално те предложиха шест други ядрени частици в ядрото с протонна маса, но негативно заредени: неутрони. Но никой не можеше да го докаже. Всъщност неутролите не могат да бъдат намерени до 30-те години.
Физик на Кеймбридж Джеймс Чадуик отчаяно се опита да отвори неутрон. Работил е по тази теория в продължение на много години. През 1932 г. той успя да извърши пробив.
Няколко години преди това други физици експериментират с радиация. Те пуснаха положително заредено радиация - типът, който Bootford използва в търсене на ядрото - в берилий атомите. Берилий излъчва собственото си излъчване: радиация, която не се зарежда положително или отрицателно и може да проникне дълбоко в материала.
По това време други разбраха, че гама-радиацията е неутрална и прониква дълбоко, така че физиците вярват, че това са излъчвани берилиеви атоми. Но Чадуик не мислеше така.
Той самостоятелно направи нова радиация и я изпрати на вещество, което, както той знаеше, беше богат на протони. Изведнъж се оказа, че протоните са били извадени от материала, сякаш частиците с еднакви топки за билярд с други топки.
Следователно гама радиацията не може да отразява протоните по този начин, Cedwick реши, че желаните частици трябва да имат протонна маса, но друг електрически заряд: и това са неутрони.
Всички основни частици на атома бяха открити, но на тази история не свършва.
Въпреки че научихме за атомите много повече, отколкото познавахме преди, беше трудно да ги визуализират. През 30-те години никой не е имал снимки на техните снимки - и много хора искаха да ги видят, за да вземат съществуването си.
Важно е обаче да се отбележи, че методите, използвани от учените като Thomson, Rutherford и Chadwick, поставиха пътя към новото оборудване, което в крайна сметка ни помогна да направим тези снимки. Електронните лъчи, които Томсън генерираха в своя експеримент с кроксната тръба, се оказаха особено полезни.
Днес такива снопове се генерират от електронни микроскопи, а най-мощните такива микроскопи могат действително да снимат отделни атоми. Това е така, защото електронният лъч има дължина на вълната в хиляди пъти по-кратък от светлината на светлината е толкова кратък, в действителност, електрическите вълни могат да бъдат отразени от малките атоми и да дадат картината, която светлинните лъчи не могат.
Нийл Шипър от университетския колеж в Лондон казва, че такива образи са полезни за хора, които искат да изучават атомната структура на специалните вещества - като тези, използвани в производството на батерии за електрически превозни средства, например. Колкото повече знаем за тяхната атомна структура, толкова по-добре можем да проектираме батериите, да ги направим ефективни и надеждни.
Можете също така да разберете как изглеждат атомите, просто помпата в тях. Всъщност, атомната сила на микроскопия работи.
Идеята е да се донесе върха на изключително малка сонда на повърхността на молекулата или веществото. С достатъчна близост, сондата ще бъде чувствителна към химическата структура на това, което показва, и промяната в съпротивата, тъй като движението на сондата ще позволи на учените да правят снимки, например, отделна молекула.
Skipper добавя, че много ядрени учени изследват как се променя структурата на нещата, когато е изложена на високо налягане или температура. Повечето хора знаят, че когато веществото се нагрява, тя често се разширява. Сега можете да намерите атомни промени, които се случват едновременно, което често се оказва полезно.
"Когато течността се нагрява, може да се отбележи, че нейните атоми приемат неравна конфигурация", казва капитан. - Можете да го видите директно от структурната карта. "
Скипер и други физици могат също да работят с атоми с помощта на неутронни греди, открити от проба през 30-те години.
"Ние пускаме много неутронни лъчи в проби от материали и от получения разпръснат модел, можете да разберете, че разсейвате неутроните в ядрата", казва той. - Можете грубо да оцените масата и размера на преведения обект. "
Но атомите не винаги са там, в стабилно състояние, чакат ги, докато не изучават. Понякога те се разпадат - това е радиоактивно.
Има много естествени радиоактивни елементи. Този процес генерира енергия, която е сформирала основата на ядрената енергетика и ядрените бомби. Физическите-ядрени производители са склонни да се опитват да разберат по-добре реакциите, в които ядрото преминава през основните промени като тези.
Лаура Хърч-Бренън от университета Ливърпул е специализирана в учебни гама лъчи - вид радиация, излъчвана чрез разлагащи се атоми. Радиоактивен атом от определен тип излъчва специална форма на гама лъч. Това означава, че можете да идентифицирате атомите, само чрез регистриране на енергията на гама лъчите - това, всъщност, Harkness Brennan и се занимава с неговата лаборатория.
"Видове детектори, които трябва да използвате, са представени от детектори, които ще ви позволят да измервате наличието на радиация и енергия на радиация едновременно, което е отложено", казва тя. - Всички, защото всички ядра имат специален отпечатък.
Тъй като в областта, където е открито радиацията, могат да присъстват всички видове атоми, особено след голяма ядрена реакция, важно е да се знае точно кои радиоактивни изотопи присъстват. Такова откриване обикновено се извършва в ядрени станции или в зони, където е възникнала ядрена катастрофа.
Harkness Brennan и нейните колеги сега работят по системи за откриване, които могат да бъдат поставени на места за показване в три измерения, където може да присъства радиацията в определена стая. "Имате нужда от техници и инструменти, които ви позволяват да направите триизмерна карта на пространството и да бъдете в тази стая, в тази тръбна радиация", казва тя.
Можете също да визуализирате радиацията в камерата на Wilson. Като част от този специален експеримент, охлажда се до -40 градуса по Целзий алкохол Steam се напръсква с облак над радиоактивен източник. Зарежданите радиационни частици, летящи от източник на радиация, са извадени електрони от алкохолни молекули. Алкохолът се кондензира в течността до пътя на излъчените частици. Резултатите от този вид откриване са впечатляващи.
Работихме малко директно с атомите - с изключение на това, че това са красиви сложни структури, които могат да преминат невероятни промени, много от които се срещат в природата. Изучавайки атомите по този начин, ние подобряваме собствените си технологии, премахваме енергията от ядрените реакции и по-добре разбираме естествения свят около нас. Имаме и възможността да се предпазим от радиация и да проучим как веществата се променят в екстремни условия.
"Като се има предвид каквата малка атмосфера е просто невероятна, толкова физика можем да извлечем от него", "Harkness-Brennan не е нищо. Всичко, което виждаме около себе си, се състои от тези най-малки частици. И хубаво е да се знае, че те са там, тъй като това им благодарение наоколо стана възможно.
Според Би Би Си.
Теория на J. Dalton
Първата наистина научна обосновка на атомската теория, убедително показана от рационалността и простотата на хипотезата, че всеки химичен елемент се състои от най-малките частици, които дойдоха на работата на английското училище по математика J. Dalton (1766-1844), Статията за този проблем се появява през 1803 г. Атомните постулати на Далтън са имали предимство пред абстрактните аргументи на древните гръцки атомисти, че нейните закони позволяват да обяснят и свързват резултатите от реалните експерименти, както и да предскажат резултатите от новите експерименти. Постулира, че: 1) всички атоми от един и същ елемент са идентични във всички отношения, по-специално техните маси; 2) атомите от различни елементи имат неравномерни свойства, по-специално тяхната маса; 3) до съединението, за разлика от елемента, включва определени целеви атоми на всеки от компонентите на неговите елементи; 4) При химични реакции може да възникне преразпределение на атомите, но не се унищожава атом и не се създава отново. (Всъщност, както се оказа в началото на 20-ти век, тези постулати не са съвсем строго извършени, тъй като атомите от един и същи елемент могат да имат различни маси, например, водородът има три такива вида, наречени изотопи; в допълнение , атомите могат да преминат радиоактивни трансформации и дори напълно срив, но не и в химически реакции, считани за Dalton.) Атомната теория на Dalton, базирана на тези четири позиции, дава най-лесното обяснение на законите на постоянните и множеството отношения. Тя обаче не даде никакви идеи за структурата на самия атом.
Brownian Motion.
Шотландският маниак Робърт Браун през 1827 г. проведе прашеца на растенията. Той, по-специално, се интересуваше как прашец участва в процеса на оплождане. По някакъв начин той погледна микроскоп, изолиран от клетки от полен, претеглени във вода удължени цитоплазмени зърна. Неочаквано, кафявото видя, че най-малките твърди зърна, които едва ли биха могли да се видят в капка вода, непрекъснато треперят и се движат от място на място. Той установи, че тези движения, според него ", не са свързани с течове в течност, нито с постепенното му изпаряване, но присъщи на самите частици." Явлението, наблюдавано в брауноанското движение, наречено "Brownian движение". Обяснението на движението на Brownian чрез движението на невидимите молекули е дадено само през последното тримесечие на XIX век, но не веднага е било взето от всички учени. През 1863 г. учителят на описателната геометрия Лудвиг християнски Wiener (1826-1896) предполага, че явлението е свързано с осцилаторните движения на невидими частици.
Отваряне на електрон
Истинското съществуване на молекули е най-накрая потвърдено през 1906 г. от експериментите за изследването на моделите на Браунианското движение на френската физика Жан Перерен.
В периода, когато Перен извърши своите изследвания на катод и рентгенови лъчи, все още не е имало едно мнение за естеството на катодните лъчи, излъчвани от отрицателен електрод (катод) във вакуумна тръба с електрическо разтоварване. Някои учени смятат, че тези лъчи са вид светло радиация, но през 1895 г. проучванията на Пенана показват, че те са поток от отрицателно заредени частици. Атомната теория твърди, че елементите са съставени от дискретни частици, наречени атоми и че химичните съединения се състоят от молекули, частици с по-голям размер, съдържащ два или повече атома. До края на XIX век. Атомната теория придоби голямо признание сред учените, особено сред химиците. Въпреки това, някои физици вярваха, че атомите и молекулите са не повече от фиктивни предмети, които се въвеждат от съображенията за удобство и са полезни при цифровата обработка на резултатите от химични реакции.
Джозеф Джон Томсън, модифицирайки експеримента от перо, потвърди заключенията си и през 1897 г. определя най-важната характеристика на тези частици, измервайки съотношението на тяхната такса за маса, за да се отклони в електрически и магнитни полета. Масата се оказа около 2 хиляди пъти по-малка от масата на водородния атом, най-лекия сред всички атоми. Скоро вярата се разпространява, че тези отрицателни частици, наречени електрони, са неразделна част от атомите.
Процесът на познание се развива по такъв начин, че брилянтните предположения и големи теории, външен вид, от които сме длъжни да креяевни гении, след известно време трудно се превръщат в тривиални факти, които повечето хора са заети на вярата. Много от нас биха могли независимо, въз основа на наблюдения и отражения, предположение, че земята е кръгла или че земята се върти около слънцето, а не обратното и накрая, че съществуват атоми и молекули? От височината на съвременната наука, основните позиции на атомната молекулярна теория изглеждат с капиталови истини. Нека обаче, отвличаме вниманието от дългогодишните научни резултати, поставихме се на мястото на учените от миналото и се опитаме да отговорим на двата основни въпроса. Първо, какво е веществото? Второ, защо веществата са различни и защо някои вещества могат да се превърнат в други? За да се решат тези сложни въпроси, науката вече е прекарала повече от 2000 години. В резултат на това се появи атомна молекулярна теория, чиито основни разпоредби могат да бъдат формулирани, както следва.
- 1. Всички вещества се състоят от молекули. Молекулата е най-малката частица на веществото с неговите химични свойства.
- 2. Молекулите се състоят от атоми. Атомът е най-малката частица на елемента в химични съединения. Различните елементи съответстват на различни атоми.
- 3. Молекулите и атомите са в непрекъснато движение.
- 4. В случай на химични реакции, молекулите самостоятелно вещества се превръщат в молекули на други вещества. Атомите по време на химични реакции не се променят.
Как учените предполагат съществуването на атоми?
Атомите са измислени в Гърция във вс. БК д. Философът Левкип (500-440 г. пр. Хр.) Чудеше се дали всяко нещо може да бъде, каквото и да е малко, е било разделено на още по-малки частици. Левкип вярваше, че в резултат на това разделение е възможно да се получи такава малка частица, че по-нататъшното разделение ще стане невъзможно.
Ученик на философа на Левкип (460-370 г. пр. Хр. ER), наречени тези малки частици "атоми" (атом - неделими). Той вярвал, че атомите на всеки елемент са от особени размери и формата и че разликите в свойствата на веществата са обяснени. Веществата, които виждаме и чувстваме, се образуват, когато атомите са свързани между атомите на различни елементи и чрез промяна на естеството на това съединение, едно вещество може да се превърне в друго.
Демокрит създаде атомната теория почти в модерна форма. Тази теория обаче е само плод на философски отражения, които не са свързани с природни явления и процеси. Тя не е потвърдена експериментално, защото древните гърци изобщо не са провеждали експерименти, те определят разсъждения над наблюденията.
Първият експеримент, потвърждаващ атомния характер на веществото, се извършва само след 2000 години. През 1662 г. ирландският химик Робърт Бойле (1627-1691) при компресиране на въздуха в U-образната тръба под налягането на живачната колона установи, че обемът на въздуха в тръбата е обратно пропорционален на налягането:
Френският физик EDM Mariott (1620-1684) потвърди това съотношение 14 години след котел и забелязал, че се извършва само при постоянна температура.
Резултатите, получени от котел и Mariott, могат да бъдат обяснени само ако разпознаят, че въздухът се състои от атоми, между които има празно пространство. Компресията на въздуха се дължи на сближаването на атомите и намаление на обема на праското пространство.
Ако газовете се състоят от атоми, може да се приеме, че твърдите и течностите се състоят и от атоми. Например, вода с нагряване кипи и се превръща в двойка, която, подобно на въздуха, може да бъде компресирана. Така че водните пари се състоят от атоми. Но ако водната пара се състои от атоми, защо течната вода и лед не могат да се състоят от атоми? И ако това е вярно за вода, това може да е вярно за други вещества.
Така експериментите на Бойл и Мариота потвърдиха съществуването на най-малките частици на веществото. Остава да разбере какви са тези частици.
През следващите 150 години усилията на химиците бяха насочени главно към създаването на състава на различни вещества. Вещества, които разлагат по-малко сложни вещества, са посочени съединения (сложни вещества), като вода, въглероден диоксид, желязна скала. Вещества, които не могат да бъдат разложени, се наричат \u200b\u200bелементи (прости вещества), като водород, кислород, мед, злато.
През 1789 г. великият френски химик Antoine Laurent Lavoiser (1743-1794) публикува известната книга "Elemental Chemistry Course" (Traite Elementaire de Chimie), в която е систематизирано знанията, натрупани по време на химията. По-специално, той ръководи списък на всички известни елементи, които съдържаха 33 вещества. Две имена в този списък бяха фундаментално погрешни (светлина и топлинност), а осем впоследствие бяха сложни вещества (вар, силициев диоксид и др.).
Разработването на техники на количествени измервания и методи на химически анализ позволяват да се определи съотношението на елементи в химични съединения. Френски химик Джопеф Луис Prost (1754-1826) след задълбочени експерименти с установени редица вещества законът за постоянство на състава.
I Всички съединения, независимо от метода на получаване, съдържат ELE-. ченге в строго определени пропорции на теглото.
Например, серният газ, получен чрез изгаряне на сяра, действието на киселини към сулфити или по друг начин, винаги съдържа 1 тегловна част (масова фракция) на сяра и 1 тегло на кислород.
Pondan противник, френски химик Клод Луи Бетол (1748-1822), напротив, твърди, че съставът на съединенията зависи от метода на тяхното получаване. Той вярваше, че ако в реакцията на два елемента се приема един от тях, теглото на този елемент също би било повече в съединението. PRUST обаче доказа, че Bertoll стана погрешни резултати поради неточен анализ и използване на недостатъчно чисти вещества.
Изненадващо, погрешна идея за Bertolls в момента се основава на голяма научна посока по химия - наука за химически материали. Основната задача на материалните учени е да получат материали с определени свойства, а основният метод е използването на зависимостта на състава, структурата и свойствата на материала от метода на получаване.
Законът за постоянство на състава, отворен от Пруст, имаше основно значение. Той доведе до мисълта за съществуването на молекули и потвърди неделимостта на атомите. Всъщност, защо в серен газ S0 2 тегло (маса) съотношение на сяра и кислород е винаги 1: 1, а не 1.1: 0.9 или 0.95: 1.05? Може да се предположи, че при образуването на частица от сяра газ (впоследствие, тази частица се нарича молекула) серен атом се свързва с определен брой кислородни атоми, с масата на серните атоми, равни на масата на кислородните атоми.
Какво се случва, ако два елемента могат да образуват няколко химични връзки помежду си? Бележният английски химик Джон Далтън (1766-1844) бе отговорено за този въпрос, който е формулиран от експеримента закон за множество взаимоотношения (Акт на Далтън).
Аз, ако два елемента образуват няколко връзки, тогава. В тези съединения масата на един елемент на единична маса на друг елемент принадлежи като малки цели числа.
Така, в три оксида от желязо на единица тегло (маса) на кислород, съответно са 3,5, 2.625 и 2.333 претеглени части (масови фракции) на желязо. Отношенията на тези номера са както следва: 3.5: 2.625 \u003d 4: 3; 3.5: 2.333 \u003d 3: 2.
От закона на множествените взаимоотношения следва, че атомите на елементите са свързани към молекулите и молекулите съдържат малък брой атоми. Измерването на масовото съдържание на елементите позволява, от една страна, да се определят молекулните формули на съединенията, а от друга - да се намерят относителните маси от атоми.
Например, при образуването на вода, една тегловна част на водород се комбинира с 8 претеглящи се части на кислород. Ако приемем, че водната молекула се състои от един водороден атом и един кислороден атом, се оказва, че кислородният атом е 8 пъти по-тежък от водородния атом.
Разгледайте обратната задача. Знаем, че железен атом е 3,5 пъти по-тежък от кислородния атом. От връзката
следва, че в това съединение два кислородни атома представляват три кислородни атома, т.е. съставната формула - Fe2 03.
Така Dalton състави първата в историята на таблицата на атомните тежести на елементите. За съжаление, той се оказа неправилен по много начини, защото при определяне на атомните тежести, Далтън често продължи от грешните молекулни формули. Той вярвал, че атомите на елементите са почти винаги (с редки изключения) са свързани по двойки. Водна формула на Далтън - но. Освен това той беше уверен, че молекулите на всички прости вещества съдържат един атом.
Правилните формули на вода и много други вещества се определят в изследването на химични реакции в газовата фаза. Френската химикалка Джоузеф Луи Гей-Лорсак (1778-1850) откри, че един обема на водорода реагира с един обем хлор и се получават два обема хлорид. С електролитно разлагане на вода се образуват един обем кислород и два обема водород и др. Това емпирично правило е публикувано през 1808 г. и се нарича законодателството на обемните отношения.
I Обемът на реагиране на газове принадлежат един на друг и за обемите на газ. Продуктите на модните реакции като малки цели числа.
Значението на правото на обемните отношения се оказа след голямото отваряне на италианския химик Амедео Агогадро (1776-1856), който формулира хипотезата (предположение), която по-късно е наречена по-късно закон на avogadro.
| В равни обеми на всички газове при постоянна температура и налягане? Той съдържа същия брой молекули.
Това означава, че всички газове се държат в смисъл еднакво и че обемът на газа при дадените условия не зависи от естеството (състава) на газа, но се определя само от броя на частиците в тази сума. Обем на измерване, ние можем да определим броя на частиците (атоми и молекули) в газовата фаза. Великата заслуга на avogadro е, че е успяла да установи проста връзка между наблюдаваната макроскопична стойност (обем) и микроскопичните свойства на газообразните вещества (номер на частиците).
Анализиране на обемните съотношения, намерени от гей lussak и използвайки хипотезата си (което впоследствие се наричаше avhipa закон), Ученият откри, че газообразните молекули на прости вещества (кислород, азот, водород, хлор) дуктомия. Всъщност, с реакция на водород с хлор, обема не се променя, поради което броят на частиците също не се променя. Ако приемем, че монатоминът на водород и хлор, в резултат на реакцията на прикрепянето, първоначалният обем трябва да намалее два пъти. Но след реакцията, обемът не се променя, това означава, че водородните молекули и хлор съдържат два атома и реакцията следва уравнението
По същия начин могат да бъдат установени молекулни формули на сложни вещества - вода, амоняк, въглероден диоксид и други вещества.
Нещо странно, но съвременниците не оценяват и не признават заключенията, направени от avogadro. Водещи химици от времето на J. Dalton и Jans Jacob Berzelius (1779-1848), възложени на предположението, че молекулите на прости вещества могат да бъдат диоксид, тъй като се смята, че молекулите са оформени само от различни атоми (положително и неблагоприятно заредени) . Под натиска на тези органи хипотезата на Авогадро беше отхвърлена и постепенно забравена.
Само за почти 50 години, през 1858 г. италианският химик Stanislao Canniczaro (1826-1910) случайно открил работата на Avogadro и осъзна, че ни позволява да разграничим ясно концепцията за "атом" и "молекула" за газообразни вещества. Беше канизаро, който предложи дефинициите на атома и молекулите, които са представени в началото на този параграф, и са направили пълна яснота в концепцията за "атомно тегло" и "молекулно тегло". През 1860 г. първият международен химически конгрес се проведе в Карлсруе (Германия), на която след продължителни дискусии основните разпоредби на атомната молекулярна теория са получени чрез универсално признание.
Да обобщим. При развитието на атомни молекулни учения могат да бъдат разграничени три основни етапа.
- 1. Раждането на атомното преподаване, появата на идеята (хипотеза) върху съществуването на атоми (Левкип и демократис).
- 2. Първото експериментално потвърждение на атомната теория в експериментите със сгъстен въздух (бой-мариовод).
- 3. Отваряне на важен модел, който в молекулните атоми на различни елементи присъстват в определени съотношения на теглото (правото на множество отношения между Dalton) и създаването на формули на газообразни прости вещества (хипотеза avogadro).
Интересното е, че когато беше предложено, съществуването на атоми е изразено, теорията е пред експеримента (първите атоми са измислени и след 2000 г. е доказано). В случай на молекули, експериментът е пред теорията: идеята за съществуването на молекули е номинирана, за да се обясни експерименталното право на множество отношения. В този смисъл историята на атомната молекулярна теория е характерен пример, който отразява различните пътища на научните открития.
Алберт Айнщайн
Често заслугите на Алберт Айнщайн, само създаването на теорията на относителността се разглежда. От гледна точка на историята на науката, такава оценка е неправилна и несправедлива по отношение на прекрасните му постижения в други области на физиката. "Бащата на теорията на относителността" беше учен с изключително многостранни интереси.
При горящите години, по време на най-бурната творческа дейност на Айнщайн, първите резултати от неговото изследване бяха почти едновременно, които са имали голямо значение за по-нататъшното развитие на физиката. Особено плодотворно се оказа 1905 г., когато Айнщайн е на 26 години. Неговото изследване на молекулярна физика беше хронологично първото.
Работата на Айнщайн върху термичното движение е посветена главно за проблема с статистическото описание на движението на атомите и молекулите и връзката между движението и топлината. В тези творби Айнщайн стигна до заключенията, които значително разширяват резултатите, получени от гениалния австрийски физик Лудвиг Болцман и Америка Гибс. Основната заслуга на Айнщайн не беше толкова много в преодоляването на математическите трудности, както в по-дълбока формулировка на физически проблеми. Той се ръководи от идеята за Boltzmanna, че концепцията за вероятност трябва да се основава на математическото тълкуване на преподаването на топлината (принципа на Болцман).
Всички тези въпроси са разработени от Айнщайн сами, така че ние имаме точно заедно с Макс, роден да каже, че "Айнщайн се отрече всички съществени характеристики на статистическата механика". Младият изследовател започна своята работа по молекулярна физика със солидно намерение да потвърди с надеждни резултати с атомична теория, в коректността, на която е бил убеден, въпреки че тя изглеждаше противоречива.
В центъра на вниманието на Айнщайн в своята изследователска работа по теорията на топлината е молекулярното движение на браунове. През 1827 г. английски ботаник Робърт Браун проучва флоралния прашец под микроскоп; В същото време той установи, че частицата, окачена в капка течност, непрекъснато прави случайни, зигзагови движения. Такова движение на частици по-късно се нарича от името на своя учен "Brownian движение", той се случва интензивно от по-малкото тегло на частиците и по-топлото течност, в която се намират.
По време на редица десетилетия учените неуспешно се опитаха да намерят обяснение за това мистериозно явление. През 80-те години - в две десетилетия до Айнщайн - един френски физик предложи, че движението на Brownian е резултат от неразрешителни удари, които изпитват суспендирани частици от невидими под микроскоп на флуидните молекули. Това изобретателно обяснение обаче нямаше математическо оправдание или експериментално потвърждение.
В статията "върху движението на частица, окачена в личната течност, която тече от молекуляр-кинетичната теория," Айнщайн, използвайки статистически методи, показа, че има количествена връзка между скоростта на движение на суспендирани частици, техните \\ t размер и коефициент на вискозитет на използваната течност, която може да бъде експериментално проверена.
Айнщайн, който все още не е запознат с предходните произведения върху Brownian движение, смята, че движението на частици, видимо под микроскоп, е проявление на микроскопично невидими течно молекули. Айнщайн даде попълнената математическа форма на статистическото обяснение на това явление, което вече е формулирано за него от полския физик Мариан фон Смлуховски. Законът на Айнщайн на движението на Brownian беше напълно потвърден през 1908 г. от експериментите на френския физик Жан Перен, който получи Нобелова награда за тези работи през 1926 година.
Работата на Айнщайн в молекулярна физика доказа коректността на идеята, че топлината е формата на енергията на нарушеното движение на молекули. В същото време те подсилват атомната хипотеза, според която въпроса - във физическото разбиране се състои от молекули и атоми.
Методът, предложен от Айнщайн, методът за определяне на размерите на молекулите и неговата формула за движение на Brownian, позволяват да определите броя на молекулите. Преди тези физици да бъдат принудени да управляват приблизителните методи, предложени през 1865 г. от австрийския физик на коня; Сега, благодарение на изследванията на Айнщайн, те могат да работят с точни математически методи.
Наред с чисто научната стойност на изследванията на Айнщайн върху термичното движение, имаше голямо теоретично и информативно значение. Те показаха, че негативната или скептична връзка на някои природни ресурси към атомичната теория не е оправдана. Доказателството на Айнщайн за коректността на атомните гледни точки беше толкова убедително, че химикът Вилхелм Осталд, който, заедно с Ернст, беше упорито противник на ученията за атомите, сега, според неговите думи ", беше изправен пред ядрената вяра."
Решаващият принос, който Айнщайн, допринесъл за победата на атомите, трябва да се счита за един от най-големите му научни заслуги. В това той е достоен наследник на великите материалисти на древността: Демокрит, Епикура и Лукресия.
Фридрих Гернек, 1984
Зареждане...