СВОЙСТВА ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ, ТВЕРДЫХ ТЕЛ*

Урок № 3

Тема. Основные положения МКТ

Цель: изучить основные положения МКТ, конкретизировать положение о существовании атомов и молекул.

Оборудование: пористый сосуд, резиновая трубка и коленная трубка, духи, прибор Кіппа, свежесваренный столовая свекла и картофель.

План урока

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории.

2. Опытное обоснование МКТ.

а) Понятие диффузии. Диффузия в газах.

б) Осмос.

в) Диффузия в твердых веществах.

3. Молекулярные явления в природе и технике.

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний

Учитель фронтально повторяет учение о атомістичну строение веществ и подводит тем самым учащихся к основных положений МКТ.

II. Изучение нового материала

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Атомистические учения о строении веществ зародились в период расцвета культуры в Китае, Индии, Греции, Риме.

Древнегреческие философы Анаксагор и Демокрит учили, что все вещества состоят из маленьких неделимых частиц - атомов.

Из предыдущих уроков вы уже знаете, что все вещества состоят из атомов, молекул, которые имеют определенную массу. Из броуновского движения следует, что частицы - атомы, молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

Описать движение частиц с помощью законов механики не удалось. Было создано новую теорию, которая называется молекулярно-кинетической теорией, в основе которой лежит три общие положения, а именно:

1. Любое вещество состоит из мельчайших частиц - атомов или молекул.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении.

3. Между атомами (молекулами) существуют силы взаимодействия, которые зависят от расстояния между ними и могут быть силами притяжения и отталкивания.

2. Опыты обоснования МКТ

Диффузия

Диффузией называют явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом.

Самый простой пример диффузии в газах - это быстрое распространение запахов, даже в спокойном воздухе: аромат духов уже через несколько минут ощущается по всей комнате. Диффузию в газах можно наблюдать также во время опыта с парой брома. Для этого в стеклянный цилиндр высотой 50 см вливают несколько капель брома и сразу же закрывают цилиндр стеклянной пластинкой, чтобы удушающая пара брома не выходила наружу. Во время испарение брома его пара довольно быстро диффундирует вверх, что хорошо видно из постепенного окраска воздуха в цилиндре в коричневый цвет.

Смешивание газов в данном случае не может быть осуществлено силой тяжести, поскольку плотность паров брома значительно больше плотности воздуха. Это явление легко объясняется на основе молекулярно-кинетической теории: молекулы обоих газов, двигаясь неупорядоченно и сталкиваясь друг с другом, попадают в промежутки между соседними молекулами, что приводит к проникновения одного газа в другой и, следовательно, постепенного возникновения однородной смеси газов.

Сварим столовая свекла и картофель. Очистим 1 свеклу и 1 картофелину, разрезаем и половинки соединим на некоторое время (2 мин.). После их разъединения увидим, что в том месте, где картошка была в контакте со свеклой, она стала красной.

Возникает вопрос: как можно объяснить диффузию в твердых телах движением молекул, если в них частицы только колеблются вокруг положения равновесия? Надо иметь в виду, что частицы твердых тел изредка покидают свои места и переходят на другие. Вот эти «странствующие» молекулы или атомы предопределяют диффузию в твердых телах.

Осмос

Важный разновидность диффузия - взаимное проникновение веществ через пористые перегородки - получил название осмос.

Рассмотрим такой опыт. Соединим патрубок пористой сосуда резиновой трубкой с коленом водяного манометра. Поместим эту посудину под стакан, заполненный водородом от прибора Кіппа. Манометр покажет увеличение давления в сосуде. Объясняется это тем, что молекулы водорода, которые имеют меньшую массу и движутся быстрее, чем молекулы кислорода и азота, входящих в состав воздуха, проходят сквозь поры в сосуд быстрее, чем молекулы кислорода и азота из этого сосуда в стакан. Если принять стакан с водородом, то давление в сосуде уменьшается - водород выходит через поры из сосуда быстрее, чем в него проникает воздух.

Диффузию жидкостей через пористую перегородку можно наблюдать с помощью такого простого опыта. Закроем широкое отверстие воронки целлофаном или пергаментом, наполним ее раствором медного купороса и опустим в сосуд с водой. Через некоторое время увидим, что уровень раствора в воронке повысился. Итак, вода диффундирует в раствор медного купороса быстрее, чем раствор в воду. Появление голубоватого окраса воды в сосуде свидетельствует о том, что медный купорос так же, хотя и медленно, диффундирует в воду.

3. Молекулярные явления в технике и природе

Явление диффузии имеет чрезвычайно разнообразные области практического применения. Прежде всего это сварка и пайка материалов: эти процессы основаны на диффузии свариваемых металлов или основного металла и припоя. В последние годы разработано и внедрено в производство метод диффузионной сварки в вакууме. Для этого свариваемые детали помещают в вакуумную камеру и нагревают до температуры, при которой процесс диффузии в металлах происходит достаточно интенсивно. Затем детали прижимают друг к другу и выдерживают определенное время. Преимущество этого метода заключается в том, что он дает возможность сваривать материалы, которые другими методами невозможно соединить (сталь с чугуном, алюминием, вольфрамом, серебро из нержавеющей стали).

Диффузия широко применяется в металлургии, в частности во время поверхностной термохимической обработки металлов и сплавов с целью изменения механических свойств их поверхностного слоя. Так, для повышения срока службы машин, работающих в условиях больших нагрузок, стальные детали подвергают азотированию - насыщения поверхности стали азотом. Готовые детали нагревают в аммиака до температуры 500-700 °С.

Улучшение свойств материалов достигается схожими с процессами азотирования - цементацией (поверхностным насыщением стальных изделий углеродом) и цианированием (одновременным насыщением поверхности детали углеродом и азотом.)

Не менее важное применение явления диффузии и в других отраслях производства. Например, на диффузии основывается изъятия на сахароваренных заводах сахара с нарезанной свекольной стружки. Стружка промывается водой или сахарным раствором малой концентрации, и при этом молекулы сахара диффундируют из стружки в раствор.

Явление диффузии жидкостей имеет большое значение в жизни животных и растений, поскольку обеспечивает всасывание воды и питательных веществ корнями растений, усвоение пищи и удаление отходов из клеток растений и животных.

Так же происходит диффузия в тканях человека и животного. В легких, например, благодаря диффузии кислород из воздуха поступает в кровь сквозь стенки альвеол, а затем, растворившись в ней, разносится по всему организма. еда переваривается в желудке и кишечнике, и нужные организму вещества диффундируют внутрь клеток.

В то же время вследствие диффузии продукты жизнедеятельности клеток выводятся с ней в окружающую среду.

III. Закрепление изученного материала

- Что мы сегодня изучили на уроке?

Ученики делают вывод, приводят примеры из своего жизненного опыта, подтверждающие основные положения МКТ.

IV. Домашнее задание

Проработать материал.

Привести примеры диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.

Задача. На рисунке изображен один из аппаратов для обнаружения в окружающем воздухе светильного газа, метана и других газов, которые легче воздуха. Пористый цилиндр А, заполненный воздухом, соединенный с U-образной трубкой, которая содержит ртуть. Ртутный контакт С замыкает круг электрического звонка D.

Объяснить действие аппарата.