Un Inspektors Caps Molekulai pa pēdām! Linards Goldšteins 08.11.2014.

Παρουσίαση με θέμα: "Un Inspektors Caps Molekulai pa pēdām! Linards Goldšteins 08.11.2014."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 un Inspektors Caps Molekulai pa pēdām! Linards Goldšteins

2

3 Molekulas – mazākā vielas vienība
??? Molekulas – mazākā vielas vienība ??? Atomi un joni Elementrārdaļiņas: elektroni, protoni, neitroni

4 Visu kopā satur striķīši jeb SAITES!
Kovalentā saite Jonu saite Elektronu pāra dalīšana Brīvā elektrona atdošana Parasti starp diviem nemetāliem. Parasti starp metālu un nemetālu. Metāliskā saite – metāla joni dala visus brīvos elektronus!

5 Kā molekulas var turēties kopā, ja tās neapmainās ar elektroniem?
- + O -2 H +1 Molekulām ir poli – vietas, kur ir vairāk (+) vai (–) lādiņa.

6 Ūdens molekulas turas kopā ar ūdeņraža saiti!
Šī saite ir elektrisku dipolu mijiedarbība nevis elektronu apmaiņa!

7 Ūdeņraža saite ir īpaša ar to, ka pats ūdeņradis un līdz ar to saite ir bieži sastopama.
Neorganiskos savienojumos: H2O, HCl utt. Organiskos savienojumos: C2H5OH, C6H10O5 utt. Polimēros DNS molekulā un liela mērā nosaka tās dubultspirālisko formu

8 Molekulas pievelkas ar elektrostatiskajiem spēkiem, bet kā ir ar atgrūšanos?
Tāda arī ir! Visus starpmolekulāros spēkus sauksim par Van der Vaala spēkiem! Johannes Dideriks Van der Vaals

9 ...un ko tu ar to gribi teikt?
Ja mēs zinātu kā mainās potenciālā enerģija starp molekulām, tad tās minimumā visi Van der Vaala spēki ir līdzsvarā! ...un ko tu ar to gribi teikt? Sers Džons Lenards-Džouns Johannes Dideriks Van der Vaals

10 Izmantojot šo pieeju nav nepieciešams darboties ar atsevišķiem spēkiem un var vieglāk apskatīt molekulu mijiedarbību. Es to saukšu par Lenarda- Džonsa potenciālu! ...mmgrh... Labi... Sers Džons Lenards-Džouns Johannes Dideriks Van der Vaals

11 Lenarda-Džounsa potenciāls
r – attālums starp molekulām V(r) – potenciāla enerģija rm Lenarda-Džounsa potenciāls Ar to var aprēķināt 2 molekulu mijiedarbības spēku un atrast līdzsvara stāvokli rm! r < rm Atgrūšanās r > rm Pievilkšanās

12 Jau – tā - jums Kurā no ūdens agregātstāvokļiem ūdeņraža saites ir visgrūtāk pārraut? Cietā Šķidrā Gāzveida Visos vienādi Kas nosaka, ka šo saiti ir visgrūtāk pārraut? Temperatūra un apkārtējais spiediens Molekulas izmērs un saites enerģija Molekulas izmērs un temperatūra Saites enerģija un temperatūra

13 Molekulu kinētiskā teorija
Apskatot molekulas kā bumbiņas var iegūt formulu molekulas vidējās siltumkustības kinētiskās enerģijas saistībai ar temperatūru.

14 Ūdens molekulas ledus kristāla gabaliņā.
Tās vibrē ap savu pozīciju kristālrežģī, jo to kinētiskā enerģija nav pietiekoši liela kādu saiti pārrautu.

15 Ūdens molekulas šķidrā stāvoklī.
Neiztraucies! Noķēru ar savu ūdeņraža laso! Dinamisks līdzsvars – molekula saraujot vienu saiti izveido jaunu ar jebkuru citu tuvumā esošu molekulu. ĀĀĀĀĀ! Aizmuka!

16 Ūdens molekulas uz šķidruma virsmas.
Daļa molekulu atraujas no virsmas un virs tās veido piesātināta tvaika slānīti. Savukārt citas molekulas no tā atgriežas šķidrumā. Nē, piesātināts tvaiks... Jāāāā! Beidzot brīvība! Viens aizlido. Cits atlido...

17 Ūdens molekulas gāzveida stāvoklī.
Es steidzos, man nav laika veidot saites! Temperatūrai vēl pieaugot, molekulas kļūst tik kustīgas, ka ūdeņraža saites tās vairs nevar noturēt un ūdens sāk varīties.

18 Pie kādas temperatūras ūdens sasals/atkusīs
Līdz ar to var teikt, ka tieši ūdeņraža saite jeb starpmolekulārie spēki nosaka: Pie kādas temperatūras ūdens sasals/atkusīs Pie kādas temperatūras ūdens vārīsies/kondensēsies Citas ar neapbruņoti aci novērojamas parādības!

19 Fakts! Vienā molā vielas, piemēram 18 gramos ūdens, ir aptuveni molekulu! Salīdzinājumam – gada Latvijas budžeta ieņēmumi tika plānoti eiro. Ja pēkšņi molekulas 18g ūdens katra pārvērstos par 1 eiro, par budžeta deficītu varētu neuztraukties miljardu gadu! Tas ir 6000x vairāk nekā pašreizējais visuma vecums!

20 Kurš tās ir saskaitījis?
Bet kā!? Budžetu pieņem valdība, bet kā var noteikt, ka viela sastāv no tik daudz molekulām? Kurš tās ir saskaitījis?

21 Roberta Brauna novērojums:
Daļiņas, kas pakļaujas šādai kustībai mēdz saukt par Brauna daļiņām. To izmērs var būt pat tūkstoškārt lielāks par molekulu izmēru.

22 Brauna kustība un saistība ar molekulām.
Tā ir daļiņas (krietni lielākas par molekulu izmēru) gadījuma kustība, ko rada sadursmes ar apkārtējās vides molekulām.

23 Bet es to eksperimentāli apstiprināju!
Tieši Brauna kustības izskaidrojums bija stingrs molekulu eksistences un lielā skaita pierādījums gadā! Es uzrakstīju teoriju! Bet es to eksperimentāli apstiprināju! Žans Baptists Perrins Alberts Einšteins

24 Kā Albertam tas izdevās?
Vispirms vajadzēja noskaidrot, kāda ir pārvietojuma un laika sakarība Brauna daļiņai? Viņam izdevās pierādīt, ka Brauna daļiņu blīvums ρ, pakļaujas difūzijas likumam:

25 Nedaudz par difūzijas likumu.
Līdzīgs vienādojums apraksta arī temperatūras, magnētiskā u.c. lauku izplatīšanos. Tas sevī ietver divas vienkāršākas, bet fundamentālas sakarības!

26 1. Vadīšana caur vidi. q T1 T2 Δx
Šie likumi parasti ir novērojumi, kuri vienmēr izpildās un to lietošanai nepieciešams zināt vielas īpašības! Piem. siltuma vadīšana temperatūras starpības dēļ (Furjē likums). Nepieciešams izmērīt vielas siltumvadīšanas koeficientu. T1 T2 Δx q

27 2. Saglabāšanās likumi. Nekas nevar rasties tāpat vien – no nekā!
Δx S Δρ = ρ2 –ρ1 Δt = t2 –t1 Šo likumu galvenā doma ir: Nekas nevar rasties tāpat vien – no nekā! Masas, kas ieplūdusi caur virsmu S laika posmā, ir vienāda ar masas izmaiņu tilpumā.

28 Atpakaļ pie difūzijas likuma.
No tā redzams, ka šajā gadījumā pārvietojumu un laiku saista kvadrātiska sakarība:

29 Kā Albertam tas izdevās?
Tātad difūzijas koeficientu (D) varētu noteikt mērot daļiņas pārvietojumu laikā. To arī savos eksperimentos darīja Perrins. Attēls no Perrina veiktā eksperimenta.

30 Kā Albertam tas izdevās?
Atcerēsimies, ka enerģija ir spēks x pārvietojums. Pieņemsim, ka Brauna daļiņas enerģija ir proporcionāla molekulu kinētiskajai enerģijai: Spēkam jābūt aptuveni vienādam ar pretestības spēku, kas darbojas uz lodīti un bija zināms no hidrodinamikas: Izmantojot šīs divas izteiksmes, pirmo reizi bija iespējams ar izmērāmu lielumu (D) noteikt Avagadro skaitli : N ≈ 6*10^23 mol^-1.

31 Jau – tā - jums Kas ierosina difūziju gāzēs un šķidrumos?
Van der Vaala spēki Vielas blīvums Molekulu kustība Avagadro skaitlis

32 Jau – tā - jums Kas notiks ar Brauna daļiņu, ja palielinās apkārtējās vides temperatūru? Tā kļūs lielāka - termiski izpletīsies Tā kustēsies ātrāk, jo difūzijas koeficients pieaugs Tā kustēsies lēnāk, jo molekulas to vairāk bombardēs Tā kustēsies lēnāk siltumkonvencijas dēļ.

33 Sausais atlikums: O -2 H +1 Molekulā, kurā lādiņu izvietojums nav simetrisks, veidojas poli. Polāras molekulas mijiedarbojas kā elektriski dipoli un ar elektroniem neapmainās. Molekulas ir kustīgas. Siltumkustības kinētiskajai enerģijai (temperatūrai) pieaugot tās paātrinās un otrādi. Molekulu skaits vielā ir ļoti liels, tās kustas haotiski. Molekulu kustība ir difūzijas procesa pamatā.

34 Paldies par uzmanību!

35 Kā var modelēt notiekošos procesus, ja vielā ir tik daudz daļiņu?
1. Molekulas neapskata, ja mums neinteresē burtiski katras molekulas uzvedība. Tā vietā izmanto likumus, kas izriet no novērotām sakarībām! Piem. Tas pats difūzijas likums siltumvadīšanai. Temperatūras difūzija.

36 Liels daļiņu skaits prasīs ļoti daudz laika aprēķinam!
2. Tās apskata molekulārdinamiskos aprēķinos, izmantojot Lenarda-Džonsa vai tamlīdzīgus potenciālus un apskata kustību katrai daļiņai. Liels daļiņu skaits prasīs ļoti daudz laika aprēķinam! Viena vara atoma uz nešana uz vara kristārlrežģa virsmas.

37 3. Tās apskata, izmantojot statistiska rakstura skaitliskās metodes, un nosaka visvarbūtīgakos daļiņu sadalījuma stāvokļus – pazīstamākā no tām ir: