§ 6. Что мы знаем о мельчайших частицах вещества?

Исследование разных веществ показали, что между атомами и молекулами в веществе есть промежутки. В этом вы убеждаетесь, когда пьете чай с сахаром. Если аккуратно насыпать сахарный песок в полный стакан с горячим чаем, то чай из стакана не будет выливаться. Это возможно лишь потому, что молекулы сахарозы заняли промежутки между молекулами воды, подобно тому, как не пересыпаясь через край, займут промежутки между картофелем горошинки, если мы захотим добавить в ведро картофеля пару стаканов гороха. Промежутки между молекулами сравнимы с размерами самих молекул, т.е. очень малы.

Рис. 13. • Попробуем сжать шарик, заполненный воздухом. Это легко сделать, так как между молекулами водуха большие промежутки, и при сжатии они уменьшаются. Молекулы воздуха не изменяются, а только сближаются.

Рис. 14. • Возьмем колбу, в которой есть воздух, закроем ее пробкой с вставленной в нее трубочкой, в которой находится капля подкрашенной жидкости. При нагревании колбы капелька жидкости будет подниматься по трубке. Это происходит потому, что при нагревании воздуха расстояния между молекулами увеличиваются, а значит увеличивается объем газа, и он перемещает каплю вверх.

Это явление учитывают, например при строительстве мостов, когда один из концов моста не прикрепляют жестко к берегу а ставят на рельсы чтобы при изменении температуры окружающего воздуха мост не деформировался, а просто двигался одни концом по рельсам.

Частицы вещества (атомы и молекулы) непрерывно, беспорядочно движутся. В этом нас убеждает повседневный опыт. Не выходя из комнаты, мы знаем, что нам готовит мама на обед. Запах пирожков или кофе легко распространяется по всей квартире. Если же мы откроем флакон с духами, то очень скоро их запах распространится по комнате. Зацвела сирень, и ее чудный аромат ощущается во всем саду.

Рис.15. Движение молекул газа

Как объяснить распространение запаха?

Оказывается молекулы веществ движутся. При этом они сталкиваются с молекулами воздуха, беспорядочно перемещаясь, они распространяются в определенному пространстве и перемешиваются с молекулами газов, воздуха. Наблюдаемое явление называют диффузией - от лат. Diffusio - распространение, растекание.

Явление диффузия является одним из основных доказательств непрерывного, беспорядочного движения частиц вещества (атомов и молекул).

При диффузии частицы одного вещества стремятся равномерно распределиться между частицами другого вещества.

Рис. 16. Опыт по диффузии паров йода и аммиака: 1-цилиндрический сосуд, 2- фильтровальная бумага, 3- вата, пропитанная нашатырным спиртом, 4- кристаллы йода, 5- крышка. Схема этапов диффузии.

Диффузия происходит в любых телах, но с разной скоростью. Наблюдая за этим явлением, ученые установили, что скорость движения молекул зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия, а значит быстрее движутся молекулы. И все-таки запах мы ощущаем не сразу, а через несколько минут, так как молекулы газа испытывают столкновения с другими молекулами и движутся по очень сложной линии (траектории⁴).

Рис. 17. Траектория молекулы газа.

В жидкостях скорость движения молекул меньше, чем в газах. Если мы не будем размешивать чай, то сладким он станет дня через два. Для того чтобы диффузия произошла в твердых телах потребуются годы. Например, было замечено, что в старых зданиях часто невозможно отделить болты, скрепляющие детали между собой, так как они «срастаются» друг с другом.

Какова роль диффузии в живой природе?

Диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений. Благодаря диффузии осуществляется обмен газов в легких и тканях живых организмов, то есть процесс дыхания. При выдохе удаляется углекислый газ, а при вдохе с воздухом поступает кислород, который из легких попадает в кровь путем диффузии. Без диффузии не обходится процесс питания во всех организмах. Частицы питательных веществ всасываются микроворсинками кишечника и через капилляры (мельчайшие сосуды) попадают в кровь. В жизни некоторых живых организмов большое значение имеет дыхание через кожу, которое осуществляется опять-таки за счет диффузии.

В садоводстве широко используется внекорневая подкормка растений путем опрыскивания их кроны. В этом случае диффузия - проникновение питательных веществ в растение происходит через листья и быстрее, чем через корневую систему. Благодаря диффузии происходит также питание растений, корневая система которых всасывает вещества, находящиеся в почве.

За счет диффузии из воздуха в воду природных водоемов и аквариумов поступает кислород, который жизненно необходим их обитателям.

Диффузия

Дополнительная информация.

1. Интересный факт. Молекулы вещества очень малы, поэтому увидеть их движение даже используя микроскоп невозможно. Зато можно разглядеть, как молекулы жидкости «подталкивают» более крупные частички, если рассматривать каплю загрязненной воды. Впервые это явление наблюдал в 1827 г. английский ботаник Роберт Броун. Он рассматривал в микроскоп размешенную в воде цветочную пыльцу.

В поле зрения прибора взад и вперед сновали темные частички. Крупные двигались не спеша, мелкие прыгали быстро и беспорядочно.

Броун был настоящим ученым и, столкнувшись с непонятным явлением, добросовестно исследовал его. Он убедился, что путь этих частичек случаен, и обнаружил, что в горячей воде они движутся быстрее, чем в холодной.

Но Броун был ботаником, и объяснить увиденное физическое явление он не смог. Это удалось лишь А. Эйнштейну в 1905 г. Беспорядочное, хаотическое движение частиц вещества получило название броуновское движение частиц.

Рис. 18. Траектория броуновской частицы

2. Знаете ли вы, что некоторые морские животные для защиты от нападения на него выбрасывают темно-синюю жидкость, которая быстро распространяется в воде вокруг животного и на некоторое время спасает его. Почему выбрасываемая жидкость быстро распространяется, а через некоторое время исчезает?

Знаете ли вы, почему загрязняющие вещества, попадающие в воздух, оказывают вредное воздействие на живые организмы и окружающую среду в целом в радиусе нескольких десятков и сотен километров от источника их выброса?