§ 13. Движение молекул. Диффузия.
Попробуем установить, как ведут себя молекулы и атомы в веществе. Для этого проведем следующие эксперименты.
Опыт 1. Поставим открытый флакон одеколона на подоконник комнаты. Через некоторое время (примерно через 5 мин) мы почувствуем, что запах одеколона распространился по всей комнате. А по прошествии еще некоторого времени (15 – 20 мин) этот запах будет чувствоваться во всей квартире. О чем говорит этот эксперимент?
Результаты этого опыта можно объяснить, только предположив, что молекулы одеколона находятся в непрерывном движении. Если бы молекулы одеколона не двигались, то их запах не смог бы распространиться по всей квартире.
Вылетая из флакона, молекулы одеколона сталкиваются с молекулами воздуха и изменяют свою скорость, как по величине, так и по направлению. Поэтому запах одеколона одинаково распространяется во все стороны. Исходя из этого, мы можем высказать предположение о характере движения молекул одеколона: молекулы одеколона движутся непрерывно и хаотично. Распространение запаха одеколона по квартире говорит нам о том, что молекулы одеколона заняли промежутки между молекулами воздуха.
Явление проникновения молекул одного вещества в межмолекулярное пространство другого называется диффузией.
Слова «диффузия» в переводе с латинского означает растекание, распространение.
Явление диффузии происходит не только в газах, но и в жидкостях, и в твердых телах.
Опыт 2. Бросив кусочек марганцовки в теплую воду, мы увидим, что примерно через 3-4 часа вода окрасится в розовый цвет (рис. 2.7).
рис.2.7
Это подтверждает, что диффузия протекает и в жидкостях, но медленнее.
Опыт 3. Возьмем тщательно отшлифованные
слитки свинца и золота и, прижмем их
друг к другу. Оставим их в таком положении
на 3 года. Распилив слипшийся брусок, мы
обнаружим, что за это время атомы свинца
проникли в пространство между атомами
золота, а атомы золота проникли между
атомами свинца. Этот опыт доказывает,
что явление диффузии протекает и в
твердых телах, причем здесь происходит
проникновение не молекул, а а
томов
одного вещества (золота) между атомами
другого вещества (свинца). Диффузия в
твердых телах протекает очень медленно.
(рис.2.8) рис.2.8
Предлагаем вам подумать, что произойдет с этими брусками, если их оставить в прижатом состоянии на 100 лет?
Если повторить эти опыты с более нагретыми газами, жидкостями и твердыми телами, то мы увидим, что быстрота протекания диффузии увеличится. Ярким примером этого является более быстрое растворение сахара или соли в горячей воде, чем в холодной.
Важный случай диффузии – взаимное проникновение веществ сквозь пористые перегородки. Это явление получило название осмос.
Для обнаружения явления осмоса проделайте дома следующий опыт. Налейте небольшое количество раствора марганцовки в пластиковую бутылочку и плотно затянем отверстие бутылочки целлофаном. Опустите бутылочку в сосуд с водой целлофаном вниз. Через некоторое время вы обнаружите, что вода окрасится фиолетовым цветом. Это свидетельствует о том, что молекулы марганцовки, хотя и медленно, но диффундируют в воду. Заменив целлофан на пергаментную бумагу, повторите этот опыт и сравните результаты.
Анализируя эти опыты, мы можем сделать следующие выводы:
Молекулы твердых, жидких и газообразных тел находятся в непрерывном движении.
Быстрота движения молекул определяется тем, как нагрето тело.
Все эти эксперименты доказывают, что молекулы в телах находятся в постоянном движении.
Немецкий физик О.Штерн в 1920 году провел классический опыт, который позволил рассчитать величины средних скоростей движения молекул. Из его опытов следовало, что скорость молекул веществ в газообразном состоянии составляют 1000 – 3000 км/с.
У животных развито чувство обоняния, благодаря которому, а так же явлению диффузии они легко обнаруживают посторонние запахи на больших расстояниях от себя. Это помогает им обнаруживать как опасность, так и пищу.
Сварка металлов основана на явлении диффузии. Для того, чтобы ускорить этот процесс металлы нагревают с помощью электрического тока.
Окаменение деревьев происходит из-за диффузии атомов кремния в вещество дерева.