§19 Тепловое движение частиц вещества. Диффузия
Английский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп за частицей пыльцы в воде,
обнаружил, что она движется. Траектория была непредсказуема, а скорость зависела от
температуры. Такое беспорядочное движение твёрдых частиц в жидкости или газе назвали
броуновским движением.
Интересно, что сама по себе частица не двигалась – двигались не видимые в микроскоп
молекулы воды и толкали пылинку.
При увеличении температуры молекулы воды двигались быстрее и пылинка в воде тоже
ускорялась. Так как движение молекул зависит от тепла, его назвали тепловым движением.
Тепловое движение – хаотическое (беспорядочное) движение молекул, зависящее от температуры. |
Теоретически, молекулы могут остановиться лишь при температуре –273,15 ˚С. Эта температура
называется абсолютным нулём и на практике недостижима. Даже в самых холодных уголках
нашей Вселенной измеренная температура будет немного выше абсолютного нуля.
Интересно! Минимальная температура, которую достигли учёные, выше абсолютного нуля
всего на 0,000 000 005 градуса.
Диффузия
Диффузия – ещё одно доказательство движения частиц.
Между крупинками песка есть промежутки. Если взять стакан с песком и налить туда воду, её
молекулы заполнят эти промежутки.
Между молекулами в любом физическом теле 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, куда «проваливаются»
молекулы воды. Такое явление называется диффузия.
Диффузия – явление взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого. |
Диффузия бывает и в газах. Вы делаете уроки и по запаху чувствуете, что на кухне жарят котлеты.
Но что есть запах? Это частицы котлет, которые попали к вам в нос. Но все окна закрыты и ветра
нет. Получается, частицы котлет, двигаясь, проникали между частицами воздуха и в итоге
достигли вашего носа. Это и есть диффузия в газах.
Можно провести эксперимент, демонстрирующий диффузию газов наглядно. Если поместить кристаллик марганцовки в стакан с водой, та постепенно окрасится в розовый цвет: это молекулы марганцовки вследствие теплового движения проникают между молекулами воды. В тёплой воде это произойдёт 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. Сверху будет слой
пресной воды, снизу – солёной (можно убедиться, попробовав верхний слой на вкус). Оставьте
стакан на пару часов и снова попробуйте верхний слой воды. Вода станет солёной. Это
доказывает диффузию 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 частицы проходят большие пути от столкновения до столкновения. 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 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? |