分子运动现象,物质分子永不停息的运动现象是怎样被发现的?

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物质分子永不停息的运动现象是怎样被发现的?

这是1826年英国植物学家布朗(1773-1858)用显微镜观察悬浮在水中的花粉是发现的。后来把悬浮微粒的这种运动叫做布朗运动。不只是花粉和小炭粒,对于液体中各种不同的悬浮微粒,都可以观察到布朗运动。 那么,布朗运动是怎么产生的呢?在显微镜下看起来连成一片的液体,实际上是由许许多多分子组成的。液体分子不停地做无规则的运动,不断地抓高年级微粒。悬浮的微粒足够小时,受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间,微粒在另一个方向受到的撞击作用强,致使微粒又向其它方向运动。这样,就引起了微粒的无规则的布朗运动。 1827年,苏格兰植物学家R。布朗发现水中的花粉及其它悬浮的微小颗粒不停地作不规则的曲线运动,称为布朗运动。人们长期都不知道其中的原理。50年后,J·德耳索提出这些微小颗粒是受到周围分子的不平衡的碰撞而导致的运动。后来得到爱因斯坦的研究的证明。布朗运动也就成为分子运动论和统计力学发展的基础。 悬浮在液体或气体中的微粒(线度~10-3mm)表现出的永不停止的无规则运动,如墨汁稀释后碳粒在水中的无规则运动,藤黄颗粒在水中的无规则运动…….而且温度越高,微粒的布朗运动越剧烈.布朗运动代表了一种随机涨落现象,它不仅反映了周围流体内部分子运动的无规则性,关于它的理论在其他许多领域也有重要应用,如对测量仪表测量精度限度的研究、对高倍放大的电讯电路中背景噪声的研究等等. 19世纪中对布朗运动的研究 布朗的发现是一个新奇的现象,它的原因是什么?人们是迷惑不解的。在布朗之后,这一问题一再被提出,为此有许多学者进行过长期的研究。一些早期的研究者简单地把它归结为热或电等外界因素引起的。最早隐约指向合理解释的是维纳(1826——1896),1863年他提出布朗运动起源于分子的振动,他还公布了首次对微粒速度与粒度关系的观察结果。不过他的分子模型还不是现代的模型,他看到的实际上是微粒的位移,并不是振动。 在维纳之后,S·埃克斯纳也测定了微粒的移动速度。他提出布朗运动是由于微观范围的流动造成的,他没有说明这种流动的根源,但他看到在加热和光照使液体粘度降低时,微粒的运动加剧了。就这样,维纳和S.埃克斯纳都把布朗运动归结为物系自身的性质。这一时期还有康托尼,他试图在热力理论的基础上解释布朗运动,认为微粒可以看成是巨大分子,它们与液体介质处于热平衡,它们与液体的相对运动起源于渗透作用和它们与周围液体之间的相互作用。 到了70——80年代,一些学者明确地把布朗运动归结为液体分子撞击微粒的结果,这些学者有卡蓬内尔、德尔索和梯瑞昂,还有耐格里。植物学家耐格里(1879)从真菌、细菌等通过空气传播的现象,认为这些微粒即使在静止的空气中也可以不沉。联系到物理学中气体分子以很高速度向各方向运动的结论,他推测在阳光下看到的飞舞的尘埃是气体分子从各方向撞击的结果。他说:“这些微小尘埃就象弹性球一样被掷来掷去,结果如同分子本身一样能保持长久的悬浮。”不过耐格里又放弃了这一可能达到正确解释的途径,他计算了单个气体分子和尘埃微粒发生弹性碰撞时微粒的速度,结果要比实际观察到的小许多数量级,于是他认为由于气体分子运动的无规则性,它们共同作用的结果不能使微粒达到观察速度值,而在液体中则由于介质和微粒的摩擦阻力和分子间的粘附力,分子运动的设想不能成为合适的解释。 1874——1880年间,卡蓬内尔、德耳索和梯瑞昂的工作解决了耐格里遇到的难题。这里的关键是他们认为由于分子运动的无规则性和分子速度有一分布,在液体或气体中的微观尺度上存在密度和压力的涨落。这种涨落在宏观尺度上抵消掉了。但是如果压方面足够微小,这种不均匀性就不能抵消,液体中的相应的扰动就能表现出来。因此悬浮在液体中的微粒只要足够小,就会不停地振荡下去。卡蓬内尔明确地指出唯一影响此效应的因素是微粒的大小,不过他把这种运动主要看成振荡,而德耳索根据克劳修斯把分子运动归结为平动和转动的观点,认为微粒的运动是无规则位移,这是德耳索的主要贡献。 此后,古伊在1888——1895年期间对布朗运动进行过大量的实验观察。古伊对分子行为的描述并不比卡蓬内尔等人高明,他也没有弄清涨落的见解。不过他的特别之处是他强调的不是对布朗运动的物理解释,而是把布朗运动作为探究分子运动性质的一个工具。他说:“布朗运动表明,并不是分子的运动,而是从分子运动导出的一些结果能向我们提供直接的和可见的证据,说明对热本质假设的正确性。按照这样的观点,这一现象的研究承担了对分子物理学的重要作用。”古伊的文献产生过重要的影响,所以后来贝兰把布朗运动正确解释的来源归功于古伊。 到了1900年,F·埃克斯纳完成了布朗运动前期研究的最后工作。他用了许多悬浊液进行了和他的父亲S·埃克斯纳30年前作过的同类研究。他测定了微粒在1min内的位移,与前人一样,证实了微粒的速度随粒度增大而降低,随温度升高而增加。他清楚地认识到微粒作为巨大分子加入了液体分子的热运动,指出从这一观点出发“就可以得出微粒的动能和温度之间的关系。”他说:“这种可见的运动及其测定值对我们清楚了解液体内部的运动会有进一步的价值”。 以上是1900年前对布朗运动研究的基本情况。自然,这些研究与分子运动论的建立是密切相关的。由麦克斯威和玻尔兹曼在60——70年代建立的气体分子运动论在概念上的一个重大发展是抛弃了对单个分子进行详细跟踪的方法,而代之以对大量分子的统计处理,这为弄清布朗运动的根源打下了基础。与布朗运动的研究有密切关系的还有在60年代由格雷哈姆建立的胶体科学。所谓胶体是由粒度介于宏观粒子和微观分子之间的微粒形成的分散体系,布朗运动正是胶体粒子在液体介质中表现的运动。 对于布朗运动的研究,1900年是个重要的分界线。至此,布朗运动的适当的物理模型已经显明,剩下的问题是需要作出定量的理论描述了。 爱因斯坦的布朗运动理论 1905年,爱因斯坦依据分子运动论的原理提出了布朗运动的理论。就在差不多同时,斯莫卢霍夫斯基也作出了同样的成果。他们的理论圆满地回答了布朗运动的本质问题。 应该指出,爱因斯坦从事这一工作的历史背景是那时科学界关于分子真实性的争论。这种争论由来已久,从原子分子理论产生以来就一直存在。本世纪初,以物理学家和哲学家马赫和化学家奥斯特瓦尔德为代表的一些人再次提出对原子分子理论的非难,他们从实证论或唯能论的观点出发,怀疑原子和分子的真实性,使得这一争论成为科学前沿中的一个中心问题。要回答这一问题,除开哲学上的分岐之外,就科学本身来说,就需要提出更有力的证据,证明原子、分子的真实存在。比如以往测定的相对原子质量和相对分子质量只是质量的相对比较值,如果它们是真实存在的,就能够而且也必须测得相对原子质量和相对分子质量的绝对值,这类问题需要人们回答。 由于上述情况,象爱因斯坦在论文中指出的那样,他的目的是“要找到能证实确实存在有一定大小的原子的最有说服力的事实。”他说:“按照热的分子运动论,由于热的分子运动,大小可以用显微镜看见的物体悬浮在液体中,必定会发生其大小可以用显微镜容易观测到的运动。可能这里所讨论的运动就是所谓‘布朗分子运动’”。他认为只要能实际观测到这种运动和预期的规律性,“精确测定原子的实际大小就成为可能了”。“反之,要是关于这种运动的预言证明是不正确的,那么就提供了一个有份量的证据来反对热的分子运动观”。 爱因斯坦的成果大体上可分两方面。一是根据分子热运动原理推导 是在t时间里,微粒在某一方向上位移的统计平均值,即方均根值,D是微粒的扩散系数。这一公式是看来毫无规则的布朗运动服从分子热运动规律的必然结果。 爱因斯坦成果的第二个方面是对于球形微粒,推导出了可以求算阿 式中的η是介质粘度,a是微粒半径,R是气体常数,NA为阿伏加德罗常数。按此公式,只要实际测得准确的扩散系数D或布朗运动均方位 得到原子和分子的绝对质量。爱因斯坦曾用前人测定的糖在水中的扩散系数,估算的NA值为3.3×1023,一年后(1906)又修改为6.56×1023。 爱因斯坦的理论成果为证实分子的真实性找到了一种方法,同时也圆满地阐明了布朗运动的根源及其规律性。下面的工作就是要用充足的实验来检验这一理论的可靠性。爱因斯坦说:“我不想在这里把可供我使用的那些稀少的实验资料去同这理论的结果进行比较,而把它让给实验方面掌握这一问题的那些人去做”。“但愿有一位研究者能够立即成功地解决这里所提出的、对热理论关系重大的这个问题!”爱因斯坦提出的这一任务不久之后就由贝兰(1870——1942)和斯维德伯格分别出色的完成了。这里还应该提到本世纪初在研究布朗运动方面一个重大的实验进展是1902年齐格蒙第(1865——1929)发明了超显微镜,用它可直接看到和测定胶体粒子的布朗运动,这也就是证实了胶体粒子的真实性,为此,齐格蒙第曾获1925年诺贝尔化学奖。斯维德伯格测定布朗运动就是用超显微镜进行的。

炒菜闻到香味到底是分子扩散还是分子运动现象

由于物质分子的热运动而产生的扩散称为分子扩散

分子运动论是从物质的微观结构出发来阐述热现象规律的理论

分子扩散也属于分子运动。

香味到底是分子扩散还是分子运动现象

扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象,是由于分子热运动而产生的质量迁移现象,主要是由于密度差引起的。扩散现象等大量事实表明,一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。所以扩散和分子运动是一回事,

什么是分子运动

物质都是运动的,永不停息,静止只是相对的,运动才是绝对的。

分子运动论是从物质的微观结构出发来阐述热现象规律的理论,例如它阐明了气体的温度是分子平均平动动能大小的标志,大量气体分子对容器器壁的碰撞而产生对容器壁的压强。

一,自然界存在着各种热现象:物体温度的变化,物质状态的变化,物体热胀冷缩的现象等。这些热现象的解释,都涉及到热现象的本质是什么?这也是人类长期探索的问题,直到17世纪和18世纪期间,人们才开始认识到热现象是由物质内部大量微粒的运动引起的,这种认识逐渐发展成为一种科学理论枣分子动理论。到19世纪建立了能量的概念,人们又逐渐认识到与热现象相联系的能量即内能。

二,分子与物质

我们生活在物质世界中,我们的周围充满着物质:水、空气、石头、金属、动物、植物等都是物质。而对于物质是怎样构成的,这一古老课题,很早就有过种种猜测,有的主张万物之源是“气”,有的主张万物之源是“火”。公元前5世纪墨子提出的物质的最小单位是“端”,公元前4世纪古希腊的德漠克利特认为宇宙万物,是由大小和质量不同的,不可入的,运动不息的原子组成。此后经过近2000年的探索,直到17世纪末,才科学地认识到物质是由分子组成的。

①物质是由分子组成的,分子是极小的微粒。如果把分子看做球形,它的直径约10-10米,这是一个极小的长度,不仅肉眼看不到,即使用现代的显微镜也看不清分子。由于分子极小,所以物体含分子数目大得惊人。通常情况下,1厘米3空气里大约有2.7×1019个分子,如果人数数的速度能达到每秒数100亿个,要数完这个数,也得用80多年。

构成物质的分子永不停息地运动着。由于分子太小,目前尚无法直接观察分子的行为,但我们可以从宏观的实验现象,来判断分子的行为。

演示实验:扩散现象

出示事先装有二氧化氮(或溴气)气体的广口瓶。说明瓶内红棕色的气体是二氧化氮。再出示一只空的广口瓶,其实瓶内装满了空气。将装有二氧化氮的瓶子向空瓶倾倒,这时看到红棕色气体流入空瓶,开始先沉到瓶底。此现象说明二氧化氮的密度大于空气的密度。

另取一只“空”瓶,按课本图2梍1所示,将其倒扣在装有二氧化氮气体的瓶子上。这时要强调:装有密度较大的二氧化氮气体的瓶子在下,装有空气的瓶子在上,抽掉玻璃隔板,二氧化氮气体不会流进空气瓶内。现在我抽掉隔板,没有出现二氧化氮气体流动的现象,我们停一会儿再来观察瓶内出现的现象。

在等候期间,组织学生自己做墨水扩散实验:同学们课桌上的烧杯里盛有清水,大家不要振动桌子,保持清水平静。请大家向清水里慢慢的滴入一滴墨水,观察墨水的变化情况。滴入的墨水将下沉,在清水中留下了清晰的墨迹,过一段时间墨迹的轮廓变模糊,墨迹变淡,周围的水色变墨。

组织学生观察前面已做的气体扩散实验。此时空气瓶出现了红棕色,下面红棕色的二氧化氮瓶中颜色变淡。实验现象表明,二氧化氮气体进入了空气,空气进入了二氧化氮气体中。像这样,不同的物体在互相接触时,彼此进入对方的现象,叫做扩散。

扩散现象也可以发生在液体之间。请大家再观察一下刚才大家滴入清水的墨水,已经没有明显的墨迹了,整杯水都变黑些了,说明墨水和水也发生了扩散。为了说明液体的扩散现象,我们再来做个实验。(按照课本图2-3液体的扩散实验演示)现在我们看到无色的清水和蓝色的硫酸铜溶液之间有明显的界面,要观察到扩散现象需要较长的时间。为了节省课堂时间,几天前我就做了同样的实验,请大家看几天前的实验。(出示提前二天、四天、六天做的实验样本)这些实验告诉我们,静放的时间越长,界面变得越模糊不清,彼此进入对方越深。

固体之间也会发生扩散现象。将铅片和金片紧压在一起,放置5年后再将它们分开,可以看到它们相渗入约1毫米。其实在日常生活中,我们也观察到过固体的扩散。煤矸石有的原来就是石炭岩,由于长期地跟煤挤压在一起,它的内部也变黑了。

大量事实说明气体、液体、固体都有扩散现象,即使在日常生活中大家也能找到许多事例。例如,某同学擦点清凉油,周围同学就能闻到清凉油味。

扩散现象表明:一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。只有分子不停地运动才能相互进入对方。同时也说明分子不是紧密地挤在一起,而是彼此间存有间隙。

另有,

根据爱因斯坦的质能方程E=MC*2

也就是说只要物质存在就具有能量,当物质绝对静止时,只有温度达到绝对零度,也就是说达到-273.15度,物质才是正真的静止,但此时能量为零,也就是说物质将消失 。

所以只要物质存在就具有能量,只要有能量就不会达到绝对零度,达不到绝对零度就不会绝对静止,因此物质都是运动的,因为当它不运动时即消失。这就像是光子,光子是有能量的,当它运动时,也是有质量的,但是一旦停止运动,光子就不服存在了,比如你抓一把光子,是抓不到的,因为它此时已经不存在了!可是太阳帆就是利用光子撞击,产生光压,驱动前进的!

九年级 上册 化学 分子运动现象

化学实验问题:探究分子运动现象

相对来说,氨水的分子运动更快,而酚酞的分子运动速度慢,所以,A会变红,如果时间足够长,B也会变红的。

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