Site Loader

Поверхностные явления молекул воды — We-Survive.ru

Хорошо известно, что две отлично «пригнанные» друг к другу сухие поверхности металла или стекла довольно прочно слипаются и оторвать одну от другой можно лишь с приложением значительных усилий. Так, например, если сильно прижать плоскости двух свинцовых цилиндров, то они прочно «прилипнут» друг к другу, как бы свариваясь между собой. Разъединить такие цилиндры удается лишь с большим трудом, причем нередко разрыв происходит по свежему месту. Многим также хорошо известны свойства отлично отполированных поверхностей, так называемых мерительных плиток, или калибров, которые при сложении слипаются настолько прочно, что разделить их бывает весьма трудно.

Часто приходится наблюдать, как на конце ложки или стеклянной палочки, вынутой из той или иной жидкости, остается висящая капля этой жидкости (воды, масла и т. д.). Однако, разъединив две поверхности стекла или металла, удалив с ложки каплю воды или масла, мы устанавливаем, что эти предметы и вещества остаются неизменными. Следовательно, химической связи между ними не было. Чем же объяснить сцепление между собой однородных и различных тел? Какие силы и свойства вещества вызывают это явление?

Оказывается, что такого рода сцепление твердых или разных жидких веществ носит характер слипания только их поверхностей. Взаимное глубокое внутреннее проникновение между ними отсутствует и потому такая связь относится к так называемым поверхностным явлениям. Сцепление между поверхностями происходит вследствие межмолекулярного притяжения, которое особенно ярко выявляется у молекул, находящихся на поверхности тел. Тема поверхностного натяжения является настолько глубокой и интересной, что послужила основой ряда дипломных работ на сайте https://diplom89.ru/ но коллоидной химии. Множество молодых ученых озадачены вопросом сцепления твердых и жидких веществ, ведь это ключ к открытию новых моющих веществ.

Грязевые частицы удерживаются на теле или ткани также главным образом взаимным притяжением пограничных молекул.

Природа сил межмолекулярного притяжения станет понятной при рассмотрении явления поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение.

Картина межмолекулярного взаимодействия нагляднее всего демонстрируется в явлении поверхностного натяжения и его следствиях. Для облегчения понхтмания сущности этого явления начнем с упрощенного изображения межмолекулярных сил, действующих в жидкости.

Возьмем сосуд с жидкостью, например с водой. Проследим за действием межмолекулярных сил двух молекул жидкости: М1 — внутри жидкости и М2— на поверхности жидкости. Построим вокруг этих молекул сферические поверхности, с радиусами, равными расстоянию, на котором действуют молекулярные силы. Это расстояние чрезвычайно мало. Оно не превышает размера одной-двух молекул (2—5°А), так как сила взаимодействия спадает очень резко с увеличением расстояния между молекулами. При этом с молекулами Мх и М2 взаимодействуют только молекулы, оказавшиеся внутри этих сфер. Молекула Мг равномерно притягивается всеми окружающими ее молекулами, находящимися от нее на равных расстояниях. Так, молекула А притягивает молекулу М1 с такой же силой, как и молекула Ах. То же самое происходит со всякой другой парой молекул (Б и Б1}. Их воздействия на Мх взаимно уравновешиваются и потому равнодействующая всех молекулярных сил, приложенных к ней, равна нулю. Для перемещения этой молекулы внутри жидкости не требуется затрачивать никакой работы. Другое положение создается у молекулы М2. Она неравномерно притягивается со всех сторон, так как притяжение газовой среды, плотность которой, а следовательно, и число молекул в единице объема, ничтожно мала по сравнению с жидкостью.

Поэтому силы молекулярного притяжения поверхностных молекул (М2), направленные в воздух, фактически остаются неиспользованными.

Они-то и являются одной из причин сцепления поверхностей тесно соприкасающихся тел. Взаимное молекулярное притяжение проявляется не только у однородных, но и у разнородных веществ, независимо от того, в твердом, жидком или газообразном состоянии они находятся. Разница заключается только в величине этих сил, которая зависит от химического строения молекул и от расстояния между ними. Величина этих сил колеблется от ничтожной до значительной. Так, например, сила сцепления молекул воды в каплях значительно больше, чем у углеводородных жидкостей — парафинов. Силы молекулярного притяжения определяют механические свойства тел и прежде всего прочность твердых материалов.

Взаимодействие молекулы с другими молекулами, находящимися в сфере ее молекулярного притяжения.

Силы молекулярного сцепления проявляются лишь при очень плотном соприкосновении поверхностей тел. Расстояние между ними должно быть, как это мы уже заметили, чрезвычайно малым, не превышающим нескольких ангстрем. С увеличением этого расстояния силы межмолекулярного сцепления резко уменьшаются. Этим, например, объясняется ничтожно малая величина сцепления между молекулами воды в водяном паре по сравнению с жидкой водой, ибо плотность водяного пара в тысячу раз меньше плотности воды и, следовательно, среднее расстояние между молекулами водяного пара во много раз больше расстояния между молекулами жидкой воды.

Расстояние между молекулами — Справочник химика 21


    Если представить себе типичный путь, совершаемый такой молекулой, и окружить его воображаемым цилиндром радиусом а, равным диаметру молекулы (рис. VII.5), то всякая молекула с центром, находящимся внутри этого цилиндра, будет сталкиваться с движущейся молекулой. Если среднее расстояние между молекулами велико по сравнению с диаметрами а, то за [c.139]

    Жидкое состояние (Моор), расстояние между молекулами 

[c.230]

    Энергия взаимного притяжения молекул для всех указанных типов взаимодействия приблизительно обратно пропорциональна шестой степени расстояния между молекулами. Указанные взаимодействия в некоторых случаях приводят к ассоциации молекул жидкости (так называемые ассоциированные жидкости). Между молекулами ассоциированной жидкости образуются кратковременные непостоянные связи, К таким связям относится водородная связь, которая создается за счет электростатического притяжения протона одной молекулы к аниону или электроотрицательному атому (главным образом к атомам фтора, кислорода, азота, хлора) другой молекулы. [c.163]

    В этой схеме [А-В]с — комплекс, образованный двумя радикалами, находящимися в одной клетке растворителя. Стадия 1 (диссоциация) может протекать либо термически, либо под влиянием облучения светом. Стадия 3 представляет собой диффузию частиц А и В из клетки растворителя на расстояние, сравнимое со средним расстоянием между молекулами А — В в растворе.  

[c.465]

    То же при расстоянии между молекулами 4,9 А, при +25  [c.230]

    В твердых телах расстояния между молекулами очень малы, силы сцепления имеют наибольшую величину. Молекулы твердого тела (олеблются около какого-то среднего положения. При переходе вещества из твердого состояния в жидкое расстояния между мо- [c.19]


    При точечном и линейном контакте нагруженных трущихся поверхностей в подшипниках качения, зубчатых передачах, шаровых опорах смазочный материал испытывает высокие давления, достигающие сотен и тысяч МПа. В связи с сокращением расстояний между молекулами при высоких давлениях взаимодействие между ними увеличивается. Соответственно при повышенных давлениях вязкость жидкостей растет. Увеличение вязкости т) масел с давлением Р характеризуют пьезокоэффициентом вязкости 
[c.268]

    С1ЧЛЫ межмолекулярного взаимодействия имеют электрическую природу. На сравнительно больших расстояниях между молекулами, когда их электронные оболочки не перекрываются, проявляется только действие сил притяжения. Еслп молекулы полярны, то сказывается электростатическое взаимодействие их друг с другом, называемое ориентиционным. Оно тем значительнее, чем больше дииольный момент молекул [х. Повыи1ение температуры ослабляет это взаимодействие, так как тепловое движение нарушает взаимную ориентацию молекул. Притяжение полярных молекул быстро уменьшается с расстоянием г между ними. Теории (В. Кеезом, 1912 г.) в простейшем случае для энергии ориентационного взаимодействия дает следующее соотношение  

[c.136]

    Если предположить, что силы между молекулами направлены вдоль линий их центров и аддитивны, то этот внутренний вириал можно упростить. Если Р (гц) — сила взаимодействия между г-й и /-п молекулами, то тогда [ Х1 — хУ)/гц] Р гц) представляет собой хгю компоненту — расстояние между молекулами г и /), а I/ [(а-,- — х ) ги] Р (/ ) — вклад этой компоненты в вириал. Однако для /-й молекулы будет существовать подобный же член — XJ [(з- — Р ги) с отрицательным знаком, так [c.182]

    Когда г > о, молекулы взаимно притягиваются, когда г потенциальной энергии системы двух молекул. Постоянная о, выраженная в А, равна расстоянию между молекулами, когда Ер = 0. [c.71]

    Рассматривая систему двух молекул, взаимодействующих друг с другом, мы не думаем о зависимости величины сил отталкивания или притяжения от расстояния между молекулами г, а пользуемся зависимостью потенциальной энергии Ер от г. Когда энергия Ер зависит только от расстояния между молекулами, интересующая нас величина сил взаимодействия двух молекул равна йЕр1(1г. Установлено, что Ер = /(ц, а), т. е. Ер зависит от дипольного момента и поляризуемости молекул. 

Лёд и вода находятся при температуре о градусов.Что модно сказать о расстояниях между молекулами?

Если при 0 градусов лед плавает в воде — значит он менее плотный, чем вода. Значит, расстояние между молекулами в кристаллической воде больше, чем в жидкой — отсюда и плотность меньше… . То, что лед легче воды — это одно из многих аномальных качеств воды по сравнению с другими веществами. В других веществах кристалл тяжелее расплава и тонет в нем.

Ответ Шерифа итересный и исчерпывающий по вашему вопросу. Вообще я думал что вода в состояннии льда имееит большую плотность.

Если при 0 градусов лед плавает в воде — значит он менее плотный, чем вода. Значит, расстояние между молекулами в кристаллической воде больше, чем в жидкой — отсюда и плотность меньше… То, что лед легче воды — это одно из многих аномальных качеств воды по сравнению с другими веществами. В других веществах кристалл тяжелее расплава и тонет в нем!

Чему равно среднее расстояние между молекулами насыщенного водяного пара при

Условие задачи:

Чему равно среднее расстояние между молекулами насыщенного водяного пара при температуре 100° C?

Задача №4.1.65 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(t=100^\circ\) C, \(l-?\)

Решение задачи:

Рассмотрим водяной пар в некотором произвольном количестве, равном \(\nu\) моль. Чтобы определить объем \(V\), занимаемый данным количеством водяного пара, нужно воспользоваться уравнением Клапейрона-Менделеева:

\[pV = \nu RT\]

\[V = \frac{{\nu RT}}{p}\]

В этой формуле \(R\) – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К). Давление насыщенного водяного пара \(p\) при температуре 100° C  равно 100 кПа, это известный факт, и его должен знать каждый учащийся.

Чтобы определить количество молекул водяного пара \(N\), воспользуемся следующей формулой:

\[N = \nu {N_А}\]

Здесь \(N_А\) – число Авогадро, равное 6,023·1023 1/моль.

Тогда на каждую молекулу приходится куб объема \(V_0\), очевидно определяемый по формуле:

\[{V_0} = \frac{V}{N}\]

\[{V_0} = \frac{{\nu RT}}{{p\nu {N_А}}} = \frac{{RT}}{{p{N_А}}}\]

Теперь посмотрите на схему к задаче. Каждая молекула условно находится в своем кубе, расстояние между двумя молекулами может меняться от 0 до \(2d\), где \(d\) – длина ребра куба. Среднее же расстояние \(l\) будет равно длине ребра куба \(d\):

\[l = d\]

Длину ребра \(d\) можно найти так:

\[d = \sqrt[3]{{{V_0}}}\]

В итоге получим такую формулу:

\[l = \sqrt[3]{{\frac{{RT}}{{p{N_А}}}}}\]

Переведем температуру в шкалу Кельвина и посчитаем ответ:

\[100^\circ\;C  = 373\;К\]

\[l = \sqrt[3]{{\frac{{8,31 \cdot 373}}{{100 \cdot {{10}^3} \cdot 6,023 \cdot {{10}^{23}}}}}} = 3,72 \cdot {10^{ – 9}}\;м = 3,72\;нм\]

Ответ: 3,72 нм.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Оценить среднее расстояние между молекулами насыщенного пара воды при температуре 100 C.  

Решение

Как известно, вода при нормальном атмосферном давлении закипает при температуре . Поэтому, вспоминая условия начала кипения, можно утверждать, что давление насыщенных паров воды при указанной температуре . В то же время известно, что пары, в том числе и пары воды, при условиях, близких к нормальным, вплоть до точки насыщения ведут себя подобно идеальному газу из-за достаточно низкой концентрации частиц. Вспоминая, что при нормальных условиях, т.е. при температуре и давлении моль идеального газа занимает объем , на основании закона Гей-Люссака можно утверждать, что при повышении температуры до моль идеального газа при нормальном давлении должен занимать объем , где — температурный коэффициент объемного расширения идеального газа. По закону Авогадро в равных объемах при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молей любых идеальных газов. Следовательно, для оценки среднего расстояния между молекулами насыщенного пара воды можно считать, что моль этого пара должен занимать объем . Поскольку по определению моль вещества содержит число Авогадро частиц этого вещества, среднее расстояние между молекулами насыщенного водяного пара при температуре должно быть примерно равно

\begin{displaymath} x = \sqrt[3]{{V_{100} } / {N_{\rm {A}} }} = \sqrt[3]{{V_0 (... ... {к}} } / {273)}} / {N_{\rm {A}} }} \approx 3{,}7{\rm {~нм.}} \end{displaymath}
 

Ответ

\begin{displaymath} x = \sqrt[3]{{V_{100} } / {N_{\rm {A}} }} = \sqrt[3]{{V_0 (... ... {к}} } / {273)}} / {N_{\rm {A}} }} \approx 3{,}7{\rm {~нм.}} \end{displaymath}

Среднее расстояние между молекулами — Справочник химика 21

    Если представить себе типичный путь, совершаемый такой молекулой, и окружить его воображаемым цилиндром радиусом а, равным диаметру молекулы (рис. VII.5), то всякая молекула с центром, находящимся внутри этого цилиндра, будет сталкиваться с движущейся молекулой. Если среднее расстояние между молекулами велико по сравнению с диаметрами а, то за [c.139]

    В этой схеме [А-В]с — комплекс, образованный двумя радикалами, находящимися в одной клетке растворителя. Стадия 1 (диссоциация) может протекать либо термически, либо под влиянием облучения светом. Стадия 3 представляет собой диффузию частиц А и В из клетки растворителя на расстояние, сравнимое со средним расстоянием между молекулами А — В в растворе.  [c.465]


    Очевидно, что на жидкой поверхности раствора все места равноценны для адсорбции, так что Ns соответствует заполнению всей поверхности адсорбированными молекулами. В случае твердых поверхностей среднее расстояние между молекулами, адсорбированными на активных центрах (особенно если последние малочисленны), велико даже при Ма = Поэтому здесь можно пренебречь взаимодействием между адсорбированными молекулами и принять, как это было сделано выше, что энергия адсорбции не зависит от степени заполнения 0. Однако при адсорбции на жидкой поверхности с повышением поверхностной концентрации среднее расстояние между адсорбированными молекулами беспрепятственно уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута плотная упаковка. Отсюда следует, что, применяя изотерму Ленгмюра к этому случаю, мы, с одной стороны, пренебрегаем силами взаимодействия между адсорбированными молекулами и в этом отношении рассматриваем адсорбционный слой как идеальный, а с другой — учитываем собственный объем молекул, так как полагаем, что величина адсорбции Ма = Ms соответствует заполнению всей поверхности. Такое компромиссное решение вопроса может дать правильный результат, если поправка на собственный объем молекул, учитывающая силы отталкивания, значительно превосходит поправку на силы притяжения. Вообще говоря, это маловероятно, поскольку силы отталкивания между молекулами спадают с расстоянием быстрее, чем силы притяжения. Поэтому пока адсорбция мала, приближение, основанное на пренебрежении силами притяжения, допустимо, но с ростом концентрации оно приводит к отклонениям от эксперимента, которые можно устранить, введя соответствующим образом подобранную зависимость ц> от 9, учитывающую силы притяжения. Далее мы увидим, что иногда таким путем можно достигнуть удовлетворительных результатов. Есть и еще одно осложняющее обстоятельство, которое почти никогда не принимается во внимание. Оно заключается в том, что Ms само может зависеть от 9. [c.108]

    Средние расстояния между молекулами становятся вполне соизмеримыми с собственными размерами молекул, и по различным свойствам газ становится похожим на жидкость. [c.116]

    Молекулы адсорбата притягиваются не только к адсорбенту, но и друг к другу. Это притяжение увеличивается с ростом заполнения монослоя, поскольку среднее расстояние между молекулами адсорбата на поверхиости при этом уменьшается. Однако притяжение увеличивается до некоторого предела при плотном заполнении монослоя оно заменяется отталкиванием. Силы притяжения адсорбат—адсорбат это в основном универсальные дисперсионные силы. [c.500]


    В самом деле, зависимость типа (III.3.11) от одной переменной передает одновременно роль трех величин температуры, давления, определяющего критерия термодинамического подобия. Этот пример в ряду многих аналогичных позволяет говорить о главенствующей роли мольного объема в физике жидкости /36/, отражающей значение геометрического фактора — среднего расстояния между молекулами. Комплекс Р фигурирует еще в одной формуле, предназначенной для описания сжимаемости ддя состояний на линии насыщения  [c.45]

    Все рассмотренные газовые законы — закон Дальтона, закон простых объемных отношений Гей-Люссака и закон Авогадро, приближенные законы. Они строго соблюдаются при очень малых давлениях, когда среднее расстояние между молекулами значительно больше их собственных размеров, и взаимодействие молекул друг с другом практически отсутствует. При обычных невысоких давлениях они соблюдаются приближенно, а при высоких давлениях наблюдаются большие отклонения от этих законов. [c.31]

    Пусть в части А сосуда, разделенного на две части (рис. 70), находится разреженный газ. В таком газе среднее расстояние между молекулами велико при этом условии внутренняя энергия газа не зависит от степени его разрежения. Вторая половина сосуда (Я) газа не содержит. Если открыть кран, соединяющий обе части сосуда, то газ самопроизвольно распространится по всему сосуду. Внутренняя энергия газа при этом не изменится тем не [c.191]

    Как известно, с повышением температуры поверхностное натяжение чистых жидкостей понижается, что связано с уменьшением сил когезии — молекулярного сцепления в жидкости вследствие увеличения среднего расстояния между молекулами. Ослабление взаимодействия между молекулами растворителя должно приводить к уменьшению работы адсорбции и, следовательно, поверхностной активности в соответствии с уравнением (43). Действительно, показано, например, что поверхностная активность натриевых солей жирных кислот (мыл) снижается с повышением температуры [5]. Вместе с тем известно, что в гомологических рядах ПАВ величина р при повышении температуры уменьшается (Р 1), т. е. при этом сглаживается различие в поверхностной активности соседних гомологов. [c.23]

    Здесь с и 0) — индивидуальные постоянные, не зависящие ни от температуры, ни от давления. Вторая из них представляет собой некоторый объем, по смыслу уравнения близкий постоянной Ь уравнения Ван-дер-Ваальса (111,28). Таким образом, v — о) характеризует свободный объем жидкости. Вязкость оказывается обратно пропорциональной этой величине. Точнее говоря, при изменении температуры и давления изменяется свободный объем жидкости, а это главным образом и влияет па ее вязкость. Так, с повышением температуры увеличивается объем жидкости, а следовательно, и величина v — ы при этом, в соответствии с ур. (V, 3), уменьшается вязкость. Это происходит потому, что при повышении температуры увеличиваются средние расстояния между молекулами и ослабляется взаимное притяжение между ними. (В ассоциированных жидкостях это сопровождается и уменьшением степени ассоциации.) Уменьшение вязкости при повышении температуры показано в табл. 22. [c.176]

    Согласно молекулярно-кинетической теории газ представляет собою совокупность молекул или атомов, находящихся в хаотическом движении. Средние расстояния между молекулами в газах значительно превосходят линейные размеры молекул, а суммарный объем, занимаемый собственно молекулами, ничтожен по сравнению с объемом газа. Соударяясь друг с другом, молекулы газа изменяют скорость и направление своего движения, однако их средняя кинетическая энергия, зависящая только от температуры, остается всегда неизменной и равной (где к — постоянная Больцмана Т — абсолютная температура). [c.55]

    Таким образом, для расчета необходимо знать среднее расстояние между молекулами в жидкости, координационное числ

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *