比喩的な比較により、分子のサイズを表すことができます。 分子動力学理論の基本原理。 分子のサイズ。 分子サイズが引力にどのように影響するか
分子動力学理論は、化学物質の最小粒子としての原子と分子の存在の概念を使用した、物質の構造と特性の研究です。 MKTは、実験を通じて厳密に証明された3つのアサーションに基づいています。
物質は粒子、つまり原子と分子で構成されており、その間にギャップがあります。
これらの粒子は混沌とした動きをしており、その速度は温度の影響を受けます。
粒子は互いに相互作用します。
物質が実際に分子で構成されているという事実は、そのサイズを決定することで証明できます。油滴が水面に広がり、分子の直径に等しい厚さの層を形成します。 体積が1mm 3の液滴は、0.6 m2を超えて広がることはできません。
最新のデバイス（電子顕微鏡、イオンプロジェクター）を使用すると、個々の原子や分子を見ることができます。
分子の相互作用の力。 a）相互作用は本質的に電磁的です。 b）短距離の力は、分子のサイズに匹敵する距離で見られます。 c）引力と反発力が等しい場合（R 0）、R\u003e R 0の場合、引力が優勢であり、Rの場合、そのような距離があります。 分子引力の作用は、リードシリンダーの表面を洗浄した後に互いにくっつく実験で見られます。 固体内の分子と原子は、隣接する原子からの引力と反発力のバランスが取れている位置を中心にランダムに振動します。 液体では、分子は平衡位置を中心に振動するだけでなく、ある平衡位置から隣接する平衡位置にジャンプします。これらの分子のジャンプは、液体の流動性、つまり容器の形をとる能力の理由です。 ガスでは、原子と分子の間の距離は、平均して、分子のサイズよりはるかに大きくなります。 遠距離での反発力は作用しないため、ガスは容易に圧縮されます。 ガス分子間には実質的に引力がないため、ガスは無期限に膨張する性質があります。 すべての物質は粒子で構成されているため、物質の量は粒子の数に比例すると見なされます。 物質量の単位はモルです。 モルは、0.012kgの炭素に含まれる原子と同じ数の粒子を含むシステム内の物質の量に等しくなります。 物質の量に対する分子の数の比率は、Avogadroの定数と呼ばれます。 Avogadroの定数はです。 1モルの物質に含まれる原子または分子の数を示します。 物質の量は、物質の原子または分子の数とアボガドロの定数の比率として求めることができます。 モル質量は、物質の質量と物質の量の比に等しい量です。 モル質量は、分子の質量で表すことができます。 分子の質量を決定するには、物質の質量をその中の分子の数で割る必要があります。 ブラウン運動は、気体または液体に浮遊する粒子の熱運動です。 イギリスの植物学者ロバート・ブラウン（1773年-1858年）は1827年に、液体中の顕微鏡で見える固体粒子の無秩序な動きを発見しました。 この現象はブラウン運動と呼ばれていました。 この動きは止まりません。 温度が上がると、その強度は増加します。 ブラウン運動は、圧力変動（平均からの顕著な偏差）の結果です。 粒子のブラウン運動の理由は、粒子上の液体分子の衝突が互いに打ち消し合わないためです。 希薄ガスでは、分子間の距離はそれらのサイズの何倍も大きくなります。 この場合、分子間の相互作用はごくわずかであり、分子の運動エネルギーはそれらの相互作用の潜在的なエネルギーよりもはるかに高くなります。 実際のガスではなく、気体状態の物質の特性を説明するために、その物理モデル、つまり理想的なガスが使用されます。 モデルは次のことを前提としています。 分子間の距離はそれらの直径よりわずかに大きい。 分子-弾性ボール; 引力は分子間では作用しません。 分子が互いに衝突し、容器の壁と衝突すると、反発力が作用します。 分子の動きは力学の法則に従います。 理想的なガスMKTの基本方程式： MKTの基本方程式では、分子の質量、速度の2乗の平均値、および分子の濃度がわかっている場合に、ガス圧を計算できます。 理想的なガスの圧力は、分子が容器の壁と衝突するときに、弾性体としての力学の法則に従ってそれらと相互作用するという事実にあります。 分子が血管壁に衝突すると、速度ベクトルの速度v xを壁に垂直なOX軸に投影すると、その符号が反対に変わりますが、絶対値は一定のままです。 衝突中、ニュートンの第3法則によれば、分子は力F1と同じ大きさの力F2で壁に作用し、反対方向に向けられます。 理想的なガス状態方程式（メンデレーエフ-クラペイロン方程式）。 ユニバーサルガス定数： ガス圧の分子濃度と温度への依存性に基づいて、十分に希薄化されたガスの特定の質量の状態を特徴付ける、圧力、体積、温度の3つの巨視的パラメーターすべてを接続する方程式を得ることができます。 この方程式は、理想的なガス状態方程式と呼ばれます。 ユニバーサルガス定数はどこにありますか したがって、ガスの特定の質量に対して クラペイロンの方程式。 3番目のパラメータの固定値での2つのガスパラメータ間の定量的関係は、ガス法則と呼ばれます。 そして、パラメータの1つの値を変更せずに進行するプロセスは、アイソプロセスです。 等温プロセスは、一定の温度で巨視的な物体の熱力学的システムの状態を変化させるプロセスです。 所定の質量のガスの場合、ガス温度が変化しなければ、ガス圧力とその体積の積は一定です。 -ボイルの法則-マリオット。 アイソコリックプロセスは、一定の体積で巨視的な物体の熱力学的システムの状態を変化させるプロセスです。 特定の質量のガスの場合、ガスの体積が変化しない限り、圧力と温度の比率は一定です。 -チャールズの法則。 等圧プロセスは、一定の圧力で巨視的な物体の熱力学的システムの状態を変化させるプロセスです。 特定の質量のガスの場合、ガスの圧力が変化しない限り、体積と温度の比率は一定です。 -ゲイ・ルサックの法則。 多くの実験はそれを示しています 分子サイズ 非常に少ない。 分子または原子の線形サイズは、さまざまな方法で見つけることができます。 たとえば、電子顕微鏡を使用していくつかの大きな分子の写真を取得し、イオンプロジェクター（イオン顕微鏡）を使用して、結晶の構造を研究するだけでなく、分子内の個々の原子間の距離を決定することができます。 現代の実験技術の成果を使用して、約10〜8cmの単純な原子および分子の直線寸法を決定することができました。複雑な原子および分子の直線寸法ははるかに大きくなっています。 たとえば、タンパク質分子のサイズは43 * 10 -8cmです。 原子を特徴づけるために、原子半径の概念が使用されます。これにより、分子、液体、または固体の原子間距離を概算できます。これは、それらのサイズの原子には明確な境界がないためです。 つまり、 原子半径 -これは球体であり、原子の電子密度の主要部分が含まれています（90 ... 95％以上）。 分子のサイズは非常に小さいため、比較によってのみ表すことができます。 たとえば、水分子は大きなリンゴの何倍も小さく、リンゴは地球の何倍も小さいです。 個々の分子と原子の質量は非常に小さいため、計算では、質量の絶対値ではなく相対値を使用する方が便利です。 相対分子量 （または 相対原子質量）物質のM rは、特定の物質の分子（または原子）の質量と炭素原子の質量の1/12の比です。 M r \u003d（m 0）：( m 0C / 12） ここで、m 0は特定の物質の分子（または原子）の質量であり、m0Cは炭素原子の質量です。 物質の相対的な分子（または原子）質量は、物質分子の質量が炭素同位体C12の質量の1/12を超える回数を示します。 相対分子（原子）質量は、原子質量単位で表されます。 原子質量単位 炭素同位体C12の質量の1/12です。 正確な測定により、原子質量単位は1.660 * 10 -27 kg、つまり 1 amu \u003d 1,660 * 10 -27 kg 物質の相対分子量は、物質分子を構成する要素の相対原子質量を加算することによって計算できます。 化学元素の相対原子質量は、化学元素の周期表にD.I. メンデレーエフ。 周期表ではD.I. 各要素のメンデレーエフが示されています 原子質量、原子質量単位（amu）で測定されます。 たとえば、マグネシウムの原子質量は24.305 amuです。つまり、炭素の原子質量は12 amuであるため、マグネシウムは炭素の2倍の重さです。 （これは、炭素原子の大部分を構成する炭素同位体の質量の1 amu \u003d 1/12であるという事実に由来します）。 グラムとキログラムがあるのに、なぜamuの分子と原子の質量を測定するのですか？ もちろん、これらのユニットも使用できますが、書き込むのは非常に不便です（質量を書き留めるために使用する必要のある数値が多すぎます）。 キログラム単位の要素の質量を見つけるには、要素の原子質量に1amuを掛ける必要があります。 原子質量は、周期表（要素の文字指定の右側に書かれている）に従って求められます。 たとえば、キログラム単位のマグネシウム原子の重量は次のようになります。 m 0Mg \u003d 24.305 * 1 a.e.m. \u003d 24.305 * 1.660 * 10 -27 \u003d 40.3463 * 10 -27 kg 分子の質量は、分子を構成する要素の質量を加算することによって計算できます。 たとえば、水分子の質量（H 2 O）は次のようになります。 m 0H2O \u003d 2 * m 0H + m 0O \u003d 2 * 1.00794 + 15.9994 \u003d 18.0153 a.e.m. \u003d 29.905 * 10 -27 kg モル はシステム内の物質の量に等しく、0.012kgの炭素C12に含まれる原子と同じ数の分子が含まれています。 つまり、ある物質を含むシステムがあり、このシステムに0.012 kgの炭素に含まれる原子と同じ数のこの物質の分子がある場合、このシステムには次のようになります。 1モルの物質. 物質の量 νは、0.012 kgの炭素中の原子数に対する、特定の体内の分子数の比率、つまり、物質1モル中の分子数に等しくなります。 ν\u003d N / N A ここで、Nは特定のボディ内の分子数、NAはボディを構成する物質1モル中の分子数です。 NAはAvogadroの定数です。 物質の量はモルで測定されます。 アボガドロの定数 物質1モル中の分子または原子の数です。 この定数は、イタリアの化学者および物理学者からその名前が付けられました。 アメデオアボガドロ (1776 – 1856). 1モルの物質には同じ数の粒子が含まれています。 N A \u003d 6.02 * 10 23 mol -1 モル質量 物質の質量は1モルの量で取られていますか？ μ\u003d m 0 * N A ここで、m0は分子の質量です。 モル質量は、1モルあたりのキログラムで表されます（kg / mol \u003d kg * mol-1）。 モル質量は、次の比率で相対分子質量に関連しています。 μ\u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1] 任意の量の物質mの質量は、1つの分子m0の質量と分子の数の積に等しくなります。 m \u003d m 0 N \u003d m0NAν\u003dμν 物質の量は、物質の質量とそのモル質量の比に等しい。 ν\u003d m /μ モル質量とアボガドロ定数がわかっている場合、物質の1分子の質量を見つけることができます。 m 0 \u003d m / N \u003d m /νNA\u003dμ/ NA 原子および分子の質量のより正確な決定は、質量分析計を使用して達成されます-帯電粒子のビームが電界および磁界を使用してそれらの帯電質量に応じて空間で分離される装置です。 たとえば、マグネシウム原子のモル質量を見つけましょう。 上で見つけたように、マグネシウム原子の質量はm0Mg \u003d 40.3463 * 10 -27kgに等しくなります。 その場合、モル質量は次のようになります。 μ\u003d m 0Mg * N A \u003d 40.3463 * 10 -27 * 6.02 * 10 23 \u003d 2.4288 * 10 -2 kg / mol つまり、1モルは2.4288 * 10 -2kgのマグネシウムに「適合」します。 まあ、または約24.28グラム。 ご覧のとおり、モル質量（グラム単位）は、周期表の要素に示されている原子質量と実質的に同じです。 したがって、原子量が示されるとき、彼らは通常これを行います： マグネシウムの原子質量は24.305amuです。 （g / mol）。 アレクサンドリコバタチアナ 物理学の研究は、科学的で実践的な会議で擁護されました。 市立教育機関 「スネズノゴルスク中学校」 III市の科学的および実践的会議 「科学の岐路に立つ」 分子サイズの決定 さまざまな物質 Aleksandrikova Tatiana Alekseevna、 グレード10 盟主： Dvoinova Marina Valerievna、 物理教師 スネズノゴルスク集落 2012
第II章。 分子のサイズを決定する方法....……………………………………5 第III章。 分子の直径の決定……………………7 前書き 私たちを取り巻くすべての体は、最小の粒子、つまり分子で構成されています。 分子のサイズを知ることは非常に興味深いですか？ それらはどのように決定できますか？ サイズが非常に小さいため、分子は裸眼や通常の顕微鏡では見ることができません。 それらは電子顕微鏡でのみ見ることができます。 科学者たちは、異なる物質の分子が互いに異なり、同じ物質の分子が同じであることを証明しました。 実際には、分子の直径を測定することは可能ですが、残念ながら、学校のカリキュラムはこの種の問題の研究を提供していません。 研究の目的：植物油分子の直径を決定すること。 研究対象：植物油分子 研究テーマ：分子の直径。 仮説：植物油分子の直径は10からの値を取ることができることがさまざまな情報源から知られています-7から10-10メートル。 調査目的： 関連性：この作業は応用研究に関連しており、分子のサイズを決定する問題をよりよく理解するのに役立ちます。 第1章分子とは何ですか？ 現代的な意味での分子は、すべての化学的特性を備えた物質の最小粒子です。 分子は独立して存在することができます。 いろいろな方法で、1cmで3
通常の状態のガスには約2.7×10が含まれています19分子。 この数がどれほど大きいかを理解するために、分子が「レンガ」であると想像することができます。 次に、1cmの分子の数に等しいレンガの数を取ると3
通常の状態でガスを発生させ、地球全体の陸面に密に配置すると、10階建ての建物のほぼ4倍の高さ120mの層で表面を覆います。 単位体積あたりの分子数が非常に多いことは、分子自体のサイズが非常に小さいことを示しています。 たとえば、水分子の質量はm \u003d 29.9×10です。-27
kg。 分子のサイズはそれに応じて小さいです。 分子の直径は、反発力によって分子が接近できる最小距離と見なされます。 ただし、古典的な物理学の概念は必ずしも分子の距離で正当化されるとは限らないため、分子のサイズの概念は条件付きです。 平均分子サイズは約10です-10メートル。 分子の大きさを本の文末の点の大きさにすると、人間の髪の毛の太さは40mになり、地表に立っている人は頭を月に乗せます！ 膨らませて水素（3g）を満たした子供のゴム製バルーンから毎秒100万個の分子が放出されるとしたら、300億年かかるでしょう！ 分子は、その物質の特性を持つ物質の最小粒子です。 ですから、糖分子は甘く、塩は塩辛いです。 分子は原子で構成されています。 分子のサイズはごくわずかです。 物質から分子を取得する方法は？ -物質の機械的破砕。 各物質は特定の種類の分子に対応します。 異なる物質の場合、分子は1つの原子（不活性ガス）またはいくつかの同一または異なる原子、あるいは数十万の原子（ポリマー）で構成されます。 さまざまな物質の分子は、三角形、ピラミッド、およびその他の幾何学的形状の形状をとるだけでなく、線形にすることもできます。 同じ物質の分子は、すべての凝集状態で同じです。 物質内の分子間にギャップがあります。 ギャップの存在の証拠は、物質の体積の変化、つまり、温度の変化に伴う物質の膨張と収縮、および拡散の現象です。 物質の分子は継続的な熱運動をしています。 人体のすべての原子からスペースを取り除くと、残っているものはすべて針の目を通って這うことができます。 第II章。 分子のサイズを決定するための方法 分子物理学では、主要な「アクター」は分子であり、世界のすべてを構成する想像を絶する小さな粒子です。 多くの現象を研究するためには、それらが何であるか、分子を知ることが重要であることは明らかです。 特に、それらのサイズは何ですか。 分子について話すとき、それらは通常、小さく、弾力性のある、硬いボールと考えられています。 したがって、分子のサイズを知ることは、それらの半径または直径を知ることを意味します。 分子サイズが小さいにもかかわらず、物理学者はそれらを決定するための多くの方法を開発することに成功しました。 いくつかの（非常に少数の）液体の特性を利用して、1分子の厚さのフィルムのように広がります。 別の方法では、粒子サイズは高度なデバイスであるイオンプロジェクターを使用して決定されます。 分子構造は様々な実験方法によって研究されています。 電子回折、中性子回折、およびX線構造分析は、分子の構造に関する直接的な情報を提供します。 気相中の分子のビームによる電子の散乱を研究する方法である電子回折は、孤立した比較的単純な分子の幾何学的構成のパラメーターを計算することを可能にします。 中性子回折およびX線構造分析は、凝縮相の分子または個々の規則正しいフラグメントの構造の分析に限定されます。 X線研究は、特定の情報に加えて、分子内の電子密度の空間分布に関する定量的データを取得することを可能にします。 分光法は、化学化合物のスペクトルの個性に基づいています。これは、各分子に特徴的な一連の状態とそれに対応するエネルギーレベルによるものです。 これらの方法により、物質の定性的および定量的スペクトル分析が可能になります。 分子の構造と特性に関するさまざまな情報は、外部の電場と磁場での分子の挙動の研究によって提供されます。 ただし、分子のサイズを決定する非常に簡単な方法があります。 片道。 これは、物質の分子が固体または液体の状態にあるとき、互いに密接に隣接していると見なすことができるという事実に基づいています。 この場合、大まかな見積もりでは、物質の特定の質量mの体積Vは、それが含む分子の体積の合計に単純に等しいと仮定できます。 次に、体積Vを分子数Nで割って、1分子の体積を求めます。 質量mの本体内の分子の数は、知られているように、ここで、Mは物質Nのモル質量です。A Avogadroの番号です。 したがって、ボリュームV0
1つの分子は等式から決定されます この表現には、物質の質量に対する体積の比率が含まれます。 反対の態度 は物質の密度なので、 .
ほとんどすべての物質の密度は、すべての人が利用できる表に記載されています。 モル質量は、物質の化学式がわかっているかどうかを簡単に判断できます。 これらの2つのルートの最初のルートは、約7.410に等しい定数です。-9 mol 1/3 、したがって、rの式は次の形式になります。.
たとえば、この式で計算される水分子の半径はrです。B≈1.9・10-10メートル。 分子の半径を決定するための説明された方法は、それらが互いに接触していても、それらの間にギャップがないようにボールを置くことができないため、すでに正確ではありません。 さらに、このような分子の「パッキング」（ボール）では、分子の動きは不可能です。 それにもかかわらず、上記の式を使用して分子のサイズを計算すると、他の方法の結果とほぼ一致する結果が得られ、比類のないほど正確です。 方法2。 ラングミュアとデボーの方法。 この方法では、試験液はアルコール（エーテル）に溶解し、水に溶解せずに水よりも軽い必要があります。 一滴の溶液が水面に当たると、アルコールが水に溶解し、試験液は面積S、厚さd（分子の直径のオーダー）のスポットを形成します。 分子がボールの形をしていると仮定すると、1つの分子の体積は次のようになります。 ここで、dは分子の直径です。 分子の直径dを決定する必要があります。 0.5 mlの溶液をマイクロピペットに集め、それを容器の上に置き、このボリュームに含まれる液滴の数nを数えます。 実験を数回行った後、0.5 mlの体積中の液滴数の平均値を見つけ、次に液滴中の調査対象液体の体積を計算します。ここで、nは0.5 mlの体積の液滴数、1：400は溶液の濃度です。 厚さ1〜2cmの水をお風呂に注ぎ、タルカムパウダーの薄層を一枚の紙に置き、箱を指で軽く叩きます。 浴の上と横に10〜20 cmの距離で一枚の紙を置き、紙からタルカムパウダーを吹き飛ばします。 ピペットからお風呂の水面に一滴の溶液を落とします。 形成されたスポットDの平均直径を定規で測定し、その面積を計算します。 実験を2〜3回繰り返してから、分子の直径を計算します。 方法3。 分子径の決定。 油膜の厚さが1分子に等しくなるまで油滴が水上に広がると仮定すると、1分子の直径は次の式で決定できます：d \u003d V / S、ここでVは油滴の体積、Sは油性スポットの面積です ..。 一滴の油の量は次のように決定することができます：毛細管から容器に100滴を滴下し、その中の油の質量を測定します。 その後、キログラムで表された質量は、いくつかの物質の密度表から取得できる油の密度で除算されます（植物油の密度は800 kg / mです）3
）。 次に、結果をドロップ数で割ります。 滴の体積は、目盛り付きシリンダーを使用して決定することもできます。シリンダーにオイルを滴下し、その体積をcmで測定します。3そしてm3に変換します 、1,000,000で割り、次に油滴の数で割ります。 滴の量がわかったら、広い容器に注がれる水面に油を一滴落とす必要があります。 反応をスピードアップするには、最初に水を少し加熱する必要があります-最大約400
C.オイルが流れ始め、丸い汚れが生じます。 スポットの拡大が止まったら、定規で直径を測定し、次の式を使用してスポット面積を計算します。.
第III章。 分子径の決定 分子のサイズを決定する方法を研究した後、最も適切なものが選択されました-3番目の方法。 植物油の重量、そしてこれのために植物油の化学式を知る必要があります。 2番目の方法も実用的ではありません。この方法では、試験液はアルコール（エーテル）に溶解し、水に溶解せずに水よりも軽くなければならないためです。 この液体はオレイン酸である可能性があり、これは学校の実験室で調製するのが困難です。 実験のために、実験装置のリストが決定されました：注射器、実験用カップ、油性物質（液体パラフィン、ディーゼル燃料、エンジンオイル）、過マンガン酸カリウム、測定定規。 作業の目的：分子の直径を決定すること。 実験の進捗状況： すべての測定値と計算を表に入れます。これは、調査対象の物質の分子の直径が、分子の直径が10からの値を取ることができるという仮説を確認することを示しています-7から10-10メートル。 一滴の植物油の量の決定。 総量10mlの測定シリンダー（ビーカー）に190滴を滴下した。 この式を使用して、Langmuir and Deveauxメソッド（メソッド2）から1滴の調査対象液体の量を決定します。.
油汚れを得るためにいくつかの実験を行った。 40×30cmの浴槽に水を注ぎ、植物油を1滴垂らし、ぼやけが止まったらスポットがどのように広がるかを観察し、直径を測定する必要があります。 スポットの面積を決定するために、次の式が使用されました：.
我々が得る：。 次の式を使用します。、 我々が得る。 2つ以上の原子が互いに化学的に結合すると、分子が作成されます。 これらの原子が同じであるかどうか、または形状とサイズの両方で互いに完全に異なるかどうかは関係ありません。 分子のサイズとそれが何に依存するかを理解します。 何千年もの間、科学者たちは人生の謎について、その始まりで正確に何が起こっているのかについて考えてきました。 最も古代の文化によると、生命とすべて-この世界のすべては、自然の基本的な要素-地球、空気、風、水、火で構成されています。 しかし、時が経つにつれて、多くの哲学者は、すべてのものは作成も破壊もできない小さな不可分なもので構成されているという考えを提唱し始めました。 しかし、科学者が粒子が一緒になってすべてのものの基本的な構成要素を生み出したと仮定し始めたのは、原子理論と現代化学の出現の後でのみでした。 これがこの用語の出現方法であり、現代の粒子理論の文脈では、最小の質量単位を指します。 その古典的な定義によれば、分子は、その化学的および物理的特性を維持するのに役立つ物質の最小粒子です。 これは、2つ以上の原子と、化学力によって結合された同じまたは異なる原子のグループで構成されます。 分子の大きさはどれくらいですか？ 5年生では、自然史（学校の科目）はサイズと形の一般的な考えのみを与えます、この問題は化学のレッスンで高校でより詳細に研究されています。 分子は単純なものから複雑なものまであります。 ここではいくつかの例を示します。 2つ以上の要素で構成される分子は化合物と呼ばれます。 したがって、水、酸化カルシウム、およびグルコースが構成要素です。 すべての化合物が分子であるわけではありませんが、すべての分子が化合物です。 それらはどれくらい大きくなることができますか？ 分子のサイズはどれくらいですか？ 私たちの周りのほとんどすべてが原子で構成されていることはよく知られている事実です（光と音を除く）。 それらの総重量は分子の質量になります。 分子のサイズについて話すとき、ほとんどの科学者は分子量から始めます。 これは、それに含まれるすべての原子の総重量です。 質量に加えて、分子の大きさをナノメートル単位で測定することもできます。 水の単位は直径約0.27Nmです。 DNAは直径2nmに達し、長さ数メートルまで伸びることができます。 そのような寸法が1つのケージにどのように収まるか想像するのは難しいです。 DNAの長さと厚さの比率は驚くべきものです。 フットボール競技場の長さの人間の髪の毛のように、それは1 / 100,000,000です。 分子の大きさはどれくらいですか？ それらはすべての形とサイズで提供されます。 水と二酸化炭素は最も小さく、タンパク質は最も大きいです。 分子は、互いに結合された原子で構成された要素です。 分子の外観を理解することは、伝統的に化学の一部でした。 理解できないほど奇妙な化学的挙動に加えて、分子の重要な特性の1つはそのサイズです。 分子のサイズの知識はどこで特に役立ちますか？ ナノロボットとインテリジェント材料の概念は必然的に分子のサイズと形状の影響を扱うため、これと他の多くの質問への答えはナノテクノロジーの分野で役立ちます。 グレード5では、このトピックに関する自然史は、すべての分子が一定の無秩序な動きをしている原子で構成されているという一般的な情報のみを提供します。 高校では、化学の教科書で実際の分子の形に似た構造式をすでに見ることができます。 ただし、通常の定規で長さを測定することはできません。そのためには、分子が3次元の物体であることを知っておく必要があります。 彼らの紙の上のイメージは、2次元平面への投影です。 分子の長さは、その角度の結合長によって変化します。 3つの主要なものがあります： 静電相互作用を含むさまざまな異なる効果を考慮に入れる必要があるため、実際の角度はこれらの角度とは異なることがよくあります。 分子の大きさはどれくらいですか？ 5年生では、すでに述べたように、この質問に対する答えは一般的な性質のものです。 学生は、指定されたジョイントのサイズが非常に小さいことを知っています。 たとえば、1粒の砂の中の砂の分子を1粒の砂に変えると、結果として生じる塊の下に5階建ての家を隠すことができます。 分子の大きさはどれくらいですか？ より科学的な短い答えは次のとおりです。 分子量は、物質全体の質量と物質中の分子の数の比率、またはモル質量とアボガドロ定数の比率に相当します。 測定単位はキログラムです。 平均分子量は10-23-10-26kgです。 水を例にとってみましょう。 その分子量は3x 10 -26kgになります。 分子間の引力の原因は電磁力であり、これは反対の引力と同様の電荷の反発によって現れます。 反対の電荷の間に存在する静電力は、原子間および分子間の相互作用を支配します。 この場合、重力は無視できるほど小さいです。 この場合、分子のサイズは、分子の電子の分布から生じるランダムな歪みの電子雲を介した引力に影響を与えます。 弱いファンデルワールス相互作用または分散力のみを示す非極性粒子の場合、分子のサイズは、指定された分子を取り巻く電子雲のサイズに直接影響します。 それが大きいほど、それを取り巻く帯電したフィールドが大きくなります。 より大きな電子雲は、隣接する分子間でより多くの電子相互作用が発生する可能性があることを意味します。 その結果、分子の一部は一時的に正の部分電荷を発生し、もう一方は負の電荷を発生します。 これが発生すると、分子は隣接するものから電子雲を分極することができます。 ある分子の部分的な正の側が別の分子の部分的な負の側に引き付けられるため、引き付けが発生します。 では、分子のサイズはどれくらいですか？ 自然科学では、私たちが知ったように、これらの最小の粒子の質量とサイズの比喩的なアイデアしか見つけることができません。 しかし、単純な接続と複雑な接続があることはわかっています。 そして2番目は高分子のような概念を含みます。 これは、タンパク質などの非常に大きな単位であり、通常、小さなサブユニット（モノマー）を重合することによって作成されます。 それらは通常数千以上の原子を持っています。 物質の構造の分子動力学理論は、3つの規定に基づいており、それぞれが実験を通じて証明されています。物質は粒子で構成されています。 これらの粒子は無秩序に動きます。 粒子は互いに相互作用します。 大気の上層の希薄ガスから地球上の固体で終わるものまで、惑星や星の超高密度核まで、物体の特性と挙動は、分子、原子、さらには小さな地層など、すべての物体を構成する相互作用する粒子の動きによって決定されます。 -基本粒子。 分子サイズの推定。 分子の存在の現実を完全に信頼するには、それらのサイズを決定する必要があります。 分子のサイズを推定するための比較的簡単な方法を考えてみましょう。 オリーブオイルの液滴を水面に大量に広げて、それがより多くの領域を占めるようにすることは不可能であることが知られています。オイルが最大領域に広がると、1分子の厚さの層を形成すると想定できます。 この層の厚さを決定し、それによってオリーブオイル分子のサイズを推定することは難しくありません ボリュームの立方体を、領域をカバーできるように、領域ごとに正方形のレイヤーに精神的にカットしましょう（図2）。 そのような層の数は次のようになります。油層の厚さ、したがってオリーブ油分子のサイズは、0.1cmの立方体の端を層の数で割ることによって求めることができます。を参照してください。 イオンプロジェクター。 現在、原子と分子の存在を証明するためのすべての可能な方法をリストする必要はありません。 最新のデバイスでは、個々の原子や分子の画像を観察できます。 グレードVIの物理学の教科書には、電子顕微鏡を使用して撮影された写真があり、金の結晶の表面上の個々の原子の位置を見ることができます。 しかし、電子顕微鏡は非常に複雑なデバイスです。 個々の原子を画像化し、それらのサイズを推定できる、はるかに単純なデバイスについて説明します。 この装置は、イオンプロジェクターまたはイオン顕微鏡と呼ばれます。 タングステン針の先端は、半径約10cmの球形容器の中心にあります（図3）。 先端の曲率半径は、最新の金属加工技術で可能な限り小さくされています-約5-10 6 cm。球の内面は、高速粒子の衝撃下でテレビ管スクリーンのように光ることができる薄い導電層で覆われています。 正に帯電したチップと負に帯電した導電層の間に数百ボルトの電圧が発生します。 容器は100Pa（0.75 mm Hg）の低圧でヘリウムで満たされています。 タングステン原子は、先端表面に微細な「隆起」を形成します（図4）。 無秩序に近づくとき ヘリウム原子をタングステン原子と一緒に動かすと、特に先端の表面の原子の近くで強い電界がヘリウム原子から電子を取り除き、これらの原子をイオンに変換します。 ヘリウムイオンは正に帯電した先端からはじかれ、球の半径に沿って高速で移動します。 イオンが球の表面に衝突すると、球が光ります。 その結果、先端のタングステン原子の配列の拡大図が画面に表示されます（図5）。 画面上の光点は、個々の原子の画像です。 プロジェクターの倍率（原子の画像間の距離と原子自体の距離の比率）は、容器の半径と先端の半径の比率に等しく、200万に達します。 そのため、個々の原子を見ることができます。 イオンプロジェクターを使用して決定されたタングステン原子の直径は、約cmであることがわかります。他の方法で検出された原子のサイズはほぼ同じです。 多くの原子からなる分子のサイズは当然大きくなります。 吸入するたびに、非常に多くの分子を肺に取り込むため、呼気後にそれらすべてが地球の大気中に均等に分布した場合、惑星のすべての住民は、吸入時に肺にあった2つの分子を受け取ります。2.分子の質量とサイズ。 アボガドロの定数
3.ブラウン運動と理想的なガス
物質のほくろ
アボガドロの定数
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プレビュー：
分子とは何ですか？
分子の例
分子量
ナノメートル単位の測定
形とサイズ
分子の大きさはどれくらいですか？
分子のサイズを想像する方法：例
分子サイズは引力にどのように影響しますか？
結論
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