Основні положення МКТ

Тема: Основні положення молекулярно – кінетичної теорії, їх дослідне обґрунтування. Маса та розміри молекул. Кількість речовини.

Мета:

• навчальна: ознайомити учнів з основними положеннями молекулярно – кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування; розкрити значення молекулярних явищ, броунівського руху, дифузії; дати поняття про розміри, форму, кількість і масу молекул.
• розвиваюча: розвивати їх пізнавальні інтереси та експериментальні уміння; розвивати у учнів інтерес до фізики; розвивати логічне мислення.
• виховна: виховувати самостійність у роботі, вміння слухати один одного.

Обладнання: проектор, ноутбук, презентація в програмі PowerPoint, таблиця Менделєєва.

Очікувані результати:

Після уроку учні:

• дізнаються про основні положення МКТ;
• роль та вклад учених фізиків у теорію будови;
• дізнаються про фактичні розміри молекул та про їх взаємодію;

 

Хід роботи:

1. Організаційний етап.

• Привітання учнів.
• Перевірка присутніх на уроці.
• Перевірка готовності учнів до уроку

2. Повідомлення теми, мети і завдань уроку.

Сьогодні ми з вами розпочинаємо вивчення нового розділу, який має назву «Молекулярна фізика і термодинаміка». З курсів природознавства, хімії, фізики ви маєте певні знання про внутрішню будову  речовини, тому ми поглибимо знання про будову речовини та познайомимося з молекулярною фізикою.

Тема нашого уроку – «Основні положення молекулярно – кінетичної теорії, їх дослідне обґрунтування. Маса та розміри молекул. Кількість речовини».  (учні записують тему в зошит)

(На екрані розміщується слайд 1)

Мета нашого уроку – розглянути основні положення МКТ, дослідне обґрунтування молекулярно – кінетичної теорії, значення броунівського руху, дифузії, поняття про розміри, форму, кількість і масу молекул. (слайд 2).

Зверніть увагу на план вивчення теми: (слайд 3)

1. Молекулярна фізика як розділ фізики.
2. Основні положення молекулярно – кінетичної теорії.
3. Дослідне обґрунтування молекулярно – кінетичної теорії.
4. Броунівський рух, дифузія.
5. Розміри, форму, кількість і масу молекул.

3. Актуалізація опорних знань.

Перед початком вивчення теми пропоную вам відповісти на декілька запитань, які допоможуть відтворити знання про будову речовини. (слайд 4)

1. З яких частинок  складаються всі речовини  (з атомів і молекул)
2. Чи можна стверджувати, що молекула з найменшою частиною речовини (ні, молекули складаються з атомів).
3. Як розміщені молекули в речовині: щільно чи з проміжками? (зпроміжками)
4. Який характер руху молекул в речовині? (хаотичний)
5. Як залежить рух молекул від температури речовини? (чим вища температура, тим швидше рухаються молекули).

 

4. Вивчення нового матеріалу

Розділ фізики, який вивчає фізичні властивості тіл у різних агрегатних станах на основі розгляду їх молекулярної будови, називається молекулярною фізикою.

Методи молекулярної фізики зв’язані з вивченням руху і взаємодії атомів, молекул, з яких складаються тіла.

Досягнення молекулярної фізики і термодинаміки покладено в основу створення сучасних теплових двигунів, холодильних установок, апаратів для скраплення газів, хімічних і харчових виробництв; вони сприяють подальшому розвитку метеорології.

Основою молекулярної фізики є молекулярно – кінетична теорія.

Перші уявлення про молекулярну будову речовини зародилися в глибоку давнину. Уже більше двох тисяч років тому давньогрецькі філософи передбачали, що все у світі складається з дуже маленьких неподільних частинок – атомів.

Давньогрецький вчений Демокріт (460-370 рр. до н.е.) писав: "Все складається з атомів…. речі розрізняються атомами, з яких складаються, їх порядком і положенням". Хоча слід зауважити, що уявлення стародавніх атомістів про дискретну будову речовини були лише здогадкою.

Легенда розповідає, що Демокріт сидів на камені біля моря, тримав у руці

яблуко і розмірковував. «Якщо я зараз це яблуко розріжу навпіл, то у мене залишиться половина, якщо я цю половину знову розріжу на дві - залишиться

чверть. Але якщо і далі продовжувати, чи завжди у мене в руці залишатиметься

частина яблука? Або ж в якийсь момент частина, що залишилася вже не буде мати властивості яблука?» Філософ дійшов висновку, що такий поділ нескінченно не існує і назвав цю останню, вже неподільну частку атомом. (Слайд 5)

В середні віки послідовники атомістичного вчення переслідувалися інквізицією і владою, бо це вчення було глибоко матеріалістичним. У Франції в

1026 році вищій суд заборонив спеціальним декретом розповсюдження атомістичного учення під страхом смертної втрати.

Лише в XVII столітті І.Ньютон зробив спробу пояснити розширення газів на основі передбачення, що молекули намагаються заповнити простір.

І.Ньютон зробив спробу пояснити розширення газів на основі передбачення, що молекули намагаються заповнити простір. В XVIIІ столітті прихильником і пропагандистом молекулярно-кінетичної теорії був М. Ломоносов. Так, наприклад, він вперше розмежував поняття "корпускула" - молекула і "елемент" - атом. Він вважав, що найменші неподільні частки - атоми - входять до складу

більших часток - молекул. Різноманітність тіл залежить від того, які атоми, в якій кількості і яким чином з'єднані в молекули …

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії, сформульовані Ломоносовим, не зазнали суттєвих змін і до нашого часу. (Слайд 6)

Теорію молекулярної будову речовини підтримували і працювали над правом її існування такі вчені, як Д. Бернуллі, Дж. Максвелл, Л. Больцман, Дж. Дальтон, А. Ейнштейн та ін. (Слайд 7)

Рік	Учений	Доробок
V ст. до н.е.	Демокріт	Розвинув учення, за яким тіла складаються із дрібних частинок, розділених проміжками
ХVІІ ст..	П’єр Гассенді, Роберт Бойль, Ісаак Ньютон	На основі атомної теорії пояснювали різні явища
1803 р.	Джон Дальтон	Пояснив закони постійних відношень мас при хімічних реакціях
1827 р.	Роберт Броун	Уперше спостерігав броунівський рух
1905 р.	А. Ейнштейн, М.Смолуховський	Створили молекулярно-кінетичну теорію броунівського руху
1906 –1913	Жан Перрен	Експериментально довів існування атомів і молекул

Вагомий внесок в розвиток молекулярно-кінетичної теорії зробив український вчений І. Пулюй (Слайд 8)

Мета молекулярно-кінетичної теорії. Молекулярно-кінетична теорія виходить із того, що речовина, зокрема газ складається з великої кількості мікроскопічних частинок (молекул), які рухаються хаотично. Частинки стикаються між собою та зі стінками посудини, створюючи на ці стінки тиск. Усі зіткнення вважаються пружними, тобто проходять без втрати енергії.

Основні положення МКТ речовини:

1. Будь-які речовини мають дискретну (переривчасту) будову. Вони складаються з найдрібніших частинок молекул і атомів. Підтвердженням дискретності є прокатка, кування металу, отримання 1974 року фотографії окремих молекул і

атомів, розчинність речовин тощо. Молекули – найменші частинки, які мають хімічні властивості речовини. Молекули складаються з більш простих частинок - атомів хімічних елементів. У природі є 92 хімічні елементи. Разом із штучними наразі налічується 112 елементів. Речовину, яка побудована з атомів лише одного виду, називають елементом (гідроген, оксиген, нітроген тощо). (Слайд 9)

2. Молекули знаходяться в стані неперервного хаотичного (невпорядкованого) руху, що називається тепловим і у загальному випадку є сукупністю поступального, обертального і коливального рухів. Під час нагрівання речовини швидкість теплового руху і кінетична енергія його частинок збільшуються, а під час охолодження зменшуються. Ступінь нагрітості тіла характеризує його температура, яка є мірою середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху молекул цього тіла.(Слайд 10)

3. Молекули взаємодіють одна з одною із силами електромагнітної природи, причому на великих відстанях вони притягуються, а на малих - відштовхуються. Сили притягання і відштовхування між молекулами діють постійно.(Слайд 11).

Молекули різних речовин по-різному взаємодіють одна з одною. Ця взаємодія залежить від типу молекул і відстані між ними. Залежно від характеру руху і взаємодії молекул розрізняють три стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний (плазма).

Плазма – сильно іонізований газ, під дією високих температур. Для газів характерні великі міжмолекулярні відстані, малі сили притягання, тому гази можуть необмежено розширюватись. Молекули газу хаотично рухаються, співударяються одна з одною і зі стінками посудини.

У рідинах молекули розміщені тісно і коливаються навколо положення рівноваги, а також перескакують з одного рівноважного положення в інше (ближній порядок). У твердих тілах сили взаємодії кожної молекули із сусідніми настільки великі, що молекула здійснює малі коливання навколо деякого сталого положення рівноваги - вузлів кристалічних грат (дальній порядок). (Слайд 12).

Підтвердження. Молекулярно-кінетичну теорію речовини підтверджено такими дослідами і спостереженнями:

• дослід із змішуванням речовин; (моделювання) (слайд 13)
• броунівський рух; (спостереження за допомогою мікроскопа, комп’ютерне моделювання); (слайд 14)

У 1827 р. англійський ботанік Роберт Броун спостерігав під мікроскопом рух спор рослин в краплі рідини. Траєкторія руху кожної частинки була ламаною лінією. У другій половині ХІХ століття було доведено, що причиною броунівського руху є хаотичні удари молекул об спори рослин.

Броунівський рух – це рух найдрібніших частинок твердої речовини під ударами молекул рідини чи газу, я яких ці частинки знаходяться. (слайд 15).

Дифузія речовин – це явище проникнення молекул однієї речовини між молекулами другої речовини при дотику цих речовин. Дифузією називають явище, при якому речовини самі по собі змішуються одна з одною.

Вперше процеси дифузії описав німецький фізіолог А. Фік у 1855 році. (Слайд 16)

 Дифузія (від лат. Diffusio - поширення, розтікання, розсіювання) - це явище, завдяки відбувається взаємне проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншої. (Слайд 17)

Процес дифузії прискорюється з підвищенням температури. Неважко помітити, що в гарячій воді чай швидше забарвлює воду, дифузія протікає швидше. Це відбувається тому, що з підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул. Тому, перш ніж зробити укол пацієнтові, холодний розчин з ін'єкцією лікар нагріває до температури близької до температури тіла людини.      Виникає питання, чому ж запах у кімнаті поширюється не миттєво, а через деякий час. Справа в тому, що руху пахучої речовини в певному напрямку заважає рух молекул повітря. Молекули (духів або нафталіну) на своєму шляху стикаються з молекулами газів, які входять до складу повітря. Вони постійно змінюють напрямок руху і, безладно переміщаючись, чай швидше забарвлює воду, дифузія протікає швидше. Це відбувається тому, що з підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул. Тому, перш ніж зробити укол, розлітаються по кімнаті.

    Так як частинки рухаються і в газах, і в рідинах, і в твердих тілах, то у всіх цих речовинах можлива дифузія. Однак швидкість протікання даного явища для них різна. Для підтвердження даного факту пропоную провести експеримент.

Експеримент. Одночасно виконайте три дії:

Встановіть, як залежить швидкість дифузії від роду речовини.

У результаті спостережень буде встановлено, що запах лимона пошириться по кімнаті за кілька секунд, не набагато більше порушено буде часу для того, щоб чай пофарбував воду, а молекули перманганату калію тільки на кілька міліметрів продифундують у картоплю за пару годин. Отримані результати свідчать про те, що дифузія протікає швидше в газах, трохи повільніше в рідинах і дуже повільно в твердих тілах. Справа в тому, що в газах і рідинах основний вид теплового руху частинок призводить до їх перемішування, а у твердих тілах, у кристалах, де атоми здійснюють малі коливання біля положення вузла решітки, ні.

Осмос – взаємне проникнення речовин крізь пористі перегородки. О́смос (рос. осмос, англ. osmosis, нім. Osmose) - спонтанний перехід, однобічна дифузія через напівпроникну перегородку (мембрану), яка відокремлює розчин від чистого розчинника або розчину меншої концентрації. (Слайд 18)

В молекулярно-кінетичної теорії кількість речовини прийнята вважати пропорційним кількості частинок. Одиниця кількості речовини називається молем (моль).

Моль - це кількість речовини, що містить стільки ж частинок (молекул), скільки міститься атомів в 0,012 кг вуглецю 12C. Молекула вуглецю складається з одного атома. Молярна маса - маса 1 моля речовини, тобто такої кількості структурних одиниць цієї речовини (атомів чи молекул), що міститься в 0,012 кг вуглецю ¹²С. (Слайд 19)

Таким чином, в одному молі будь-якої речовини міститься одне і те ж число частинок (молекул). Це число називається постійною Авогадро N_А:

N_А = 6,02 10²³ моль^-1.

Постійна Авогадро - одна з найважливіших постійних в молекулярно-кінетичній теорії. (Слайд 20)

Кількість речовини визначається як відношення числа N частинок (молекул) речовини до постійної Авогадро N_А:

Підрахувати число молекул в 1 молі речовини:

Масу одного моля речовини прийнято називати молярною масою M. Молярна маса рівна добутку маси m₀ однієї молекули даної речовини на постійну Авогадро:

M = N_А m₀

За одиницю маси атомів і молекул береться 1/12 маси атома ізотопу вуглецю 12C (з масовим числом 12). Вона називається атомною одиницею маси (а. е. м.):   1 а. о. м. = 1,66 10^-27 кг

Ця величина майже співпадає з масою протона або нейтрона. Відношення маси атома або молекули даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю 12C

Отже, можна визначити масу однієї молекули будь-якої речовини. Вона залежатиме від хімічного елемента, а саме відносної молекулярної маси Мr

m₀= 1,66 10^-27 кг · Мr

Таблиця Менделеєва

 

 

5.Закріплення нового матеріалу. (слайд 21)

Ми розглянули деякі явища в живій та неживій природі, розглянули також пояснення цих явищ на основі молекулярно-кінетичної теорії. Ми переконалися, що в основі різноманітних процесів лежать закони фізики.

А зараз давайте підсумуємо, що ми з вами сьогодні вивчили.

1. Яка мета молекулярно-кінетичної теорії?
2. Сформулювати основні положення МКТ.
3. Броунівськй рух…..
4. Що таке дифузія?
5. Що називають осмосом?
6. Кількість речовини – це…
7. Що називають молярною массою?
8. Чому доріввнює число Авогадро?
9. Атомна одиниця маси =

 

6.Підведення підсумків.

Оцінка бальна навчальних досягнень учнів пояснюється словесно.

Я вдячна за активну співпрацю на уроці. Ви вільно володіли набутими знаннями та використовували їх для розв’язання нових питань в сфері молекулярної фізики та робили висновки. Тому ви одержуєте ____ балів.

________теж добре володіє навчальним матеріалом, була активною, але не вистачало для оформлення правильної відповіді окремих знань, тому вам треба ще попрацювати над цим. Ви отримуєте наступний бал.

Хотілося б побажати учням бути більш сміливішими, висловлювати власну думку, не боятися допустити помилку.

7.Домашнє завдання. Розглянути, ще в житті зустрічається явище дифузії. Підготувати доповіді про дифузію в рідкому, твердома та газоподібному стані. Дифузія на кухні. (слайд 22)

Відповідсти на тести (додаток 1)

Дякую вам за урок! Бажаю успіхів! До побачення! (слайд 23)

 

ДОДАТОК 1

Тестові завдання

1. З яких частинок складаються речовини?

1) молекули;

2) дрібні частинки цієї речовини;

3) атоми і молекули;

4) йони.

2. Молекули однієї і тієї речовини…

1) схожі;

2) відрізняються складом;

3) однакові;

4) майже однакові.

3. Молекули різних речовин…

1) схожі;

2) відрізняються;

3) однакові;

4) майже однакові;

4. Чим вища температура речовини, тим молекули…

1) рухаються повільніше;

2) рухаються швидше;

3) рухаються без зміни швидкості;

4) рухаються впорядкованіше.

5. Дифузія може відбуватися:

1) тільки в рідинах;

2) тільки в газах;

3) в рідинах, газах, твердих тілах;

4) в твердих тілах і рідинах.

6. Що називається броунівським рухом?

1) безладний рух молекул рідини;

2) безладний і безперервний рух дуже дрібних твердих частинок, що перебувають у рідині;

3) безперервний рух молекул, з яких складається тверде тіло;

4) будь-який безладний рух.

7. В якій воді швидше розчиняються цукор і сіль?

1) у холодній;

2) у теплій;

3) у гарячій;

4) швидкість розчинення не залежить від теплового стану( температури) води.

8. Яке з цих явищ ґрунтується на дифузії?

1) засолювання огірків і капусти;

2) підсолоджування чаю шматочками цукру;

3) стискання заповненої повітрям кулі (волейбольного м’яча);

4) паяння металевих виробів.

9. Про яке фізичне явище відомо, що воно не припиняється ні влітку, ні взимку,

ні вдень, ні вночі, але спостерігати його неозброєним оком неможливо?

1) про броунівський рух;

2) про дифузію;

3) про змочування твердого тіла рідиною;

4) про видовження твердого тіла при нагріванні.