Ещё со школы мы знаем – все вокруг нас состоит из молекул, мельчайших частиц, что беспрестанно взаимодействуют между собой. Давайте обновим наши знания и вспомним, почему камень трудно сжать в руках, а вода может склеить разорвавшийся лист дерева.

Как взаимодействуют между собой молекулы – взаимное притяжение молекул

Все вокруг нас: жидкие и твёрдые предметы, газообразные вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, которые непрерывно и постоянно двигаются между собой. Основной причиной того, что предметы не рассыпаются на молекулы, является их притяжение друг к другу. Наука доказала, что взаимное притяжение действует всегда. Каждая молекула притягивается к другой и к ним тянутся все остальные.

• Твёрдые тела остаются в своей форме, а жидкости не распадаются на капли за счёт межмолекулярного соединения. Такое притяжение мы не увидим глазами, оно слишком мало. Действует эта сила на сверхмалых расстояниях, таких как размеры самих частиц.
• Разбив тарелку и пытаясь соединить два куска вместе она не восстановится. Пытаясь приблизить части разбитой тарелки мы приближаем только малую часть молекул, из которых она состоит. Большая часть частиц остаётся на довольно большом расстоянии, недостаточном для вступления в силу действия притяжения молекул. Однако смочив разорванный лист с дерева водой, он слипнется. Мы создадим достаточное межмолекулярного притяжение молекул воды к молекулам листика для того, чтобы склеить разорванный лист.
• В природе сила притяжения молекул просматривается в намокании твёрдых тел. Возьмем кусок стекла и горизонтально его соприкоснём с поверхность воды. При поднятии вверх от воды нам придется применить небольшое усилие, чтобы «оторвать» стекло от поверхности. Нижняя часть, которая соприкасалась с водой, после поднятия стекла будет мокрой. Это означает, что при отрыве стекла от поверхности воды мы преодолеваем силу притяжения молекул воды между собой. Сам разрыв происходил не между молекулами стекла, а между молекулами воды. Тем самым мы убеждаемся, что притяжение между молекулами разных веществ не одинаково. У одних предметов притяжение частиц больше и их труднее разломать или растянуть, а у других – слабее.
• Лист бумаги проще порвать, преодолев притяжение молекул, чем лист железа. В приведённом примере молекулы воды притягиваются сильнее, чем молекулы стекла. Однако вода не смачивается жирными веществами. Например, опустив кусок парафина в воду мы вытащим его сухим. Это докажет что притяжение молекул парафина сильнее притяжения молекул воды.

Как взаимодействуют между собой молекулы – отталкивание молекул

Молекулы притягиваются друг к другу, но не слипаются вместе. Между крохотными частицами есть промежутки. Если молекулы сжать слишком близко, то они оттолкнутся друг от друга. Межмолекулярное отталкивание вступает в силу, когда расстояние между молекулами становится меньше размера самих частиц и стремится к нулю. Наглядно силу отталкивания демонстрирует губка, которая после сжатия в руке восстанавливает свою первоначальную форму. При сжатии губки мы усилием сжимаем её молекулы на очень близкое расстояние, меньшее чем размеры молекул, когда и возникает сила взаимного отталкивания всех молекул.

Молекулы, взаимодействуют между собой путём взаимного притяжение и отталкивания. Эти процессы зависят от расстояния, на котором находятся молекулы друг от друга: если межмолекулярного расстояние больше размера самих частиц – они притягиваются, если меньше – отталкиваются. Действие притяжения и отталкивания молекул также зависит от рода вещества. Твёрдые тела имеют более сильное притяжение, чем молекулы жидких веществ и более слабое отталкивание. Монету не сжать в руке, а молекулы газообразных веществ сильнее отталкиваются друг от друга, что позволяет газам не формироваться в предметы.

Все тела состоят из молекул. Но почему же тела не распадаются на отдельные молекулы? Все дело в том, что молекулы тела взаимодействуют друг с другом. В ходе этого урока вы узнаете, что именно взаимодействием молекул объясняются многие свойства тел и физические явления.

Тема: Первоначальные сведения о строении вещества

Урок: Взаимодействие молекул

Вы уже знаете, что все тела состоят из молекул, между молекулами есть промежутки, и все молекулы и атомы, из которых они состоят, непрерывно движутся. Но почему твердые тела или жидкости так трудно сжать, растянуть, разломать, если между молекулами есть промежутки?

Попробуем разломать несколько твердых тел: кусочек мела, кусочек пластилина, кусочек резинового жгута, пластмассы. Чтобы тело разломалось, нам приходится прилагать некоторое усилие. И в некоторых случаях силы рук для этого не хватает.

В чем причина того, что для разрушения твердого тела приходится прикладывать усилие? Все дело в притяжении, которое существует между молекулами. Молекула притягивает все ближайшие к ней молекулы и сама притягивается к ним.

Если между молекулами существует притяжение, то, наверное, возможно из осколков вновь создать целое тело? С кусочком мела, как бы мы ни старались, сделать это не удастся. А вот кусочки пластилина при сжатии вновь станут одним целым телом.

Если внимательно рассмотреть сколы кусочков мела, то можно увидеть, что они неровные, шероховатые. А значит, при их соединении мы не можем приблизить молекулы на поверхностях двух соединяемых частей так близко, чтобы между ними возникло притяжение.

Рис. 1. Поверхность мела шероховатая

В отличие от мела, пластилин – материал податливый, и при сжатии кусочков мы располагаем молекулы пластилина достаточно близко друг от друга. Но что означают слова «достаточно близко»? Насколько близко?

Оказывается, что взаимное притяжение молекул начинает заметно проявляться тогда, когда молекулы приближаются друг к другу настолько, что между ними может поместиться только одна такая же по размеру молекула.

Рис. 2. Расстояние, на котором становится заметным притяжение между молекулами

А что будет происходить, если продолжать уменьшать расстояние между молекулами? Жизненный опыт подсказывает нам, что при сжатии твердого тела, при попытке его деформации резко возрастает сила отталкивания между молекулами.

Примеров из повседневной жизни и техники, где ярко проявляется притяжение и отталкивание молекул, можно привести много. Это сжатие рессор в автомобиле, натяжение тетивы лука при стрельбе. Это такие производственные процессы, как штамповка или ковка.

Рис. 3. При ковке и штамповке преодолевается притяжение и отталкивание молекул

Итак, если молекулы располагаются достаточно близко, то проявляются силы притяжения между ними, но если продолжить сближение молекул, то между ними начинают проявляться силы отталкивания.

Вот еще одна демонстрация, доказывающая, что между молекулами существует взаимное притяжение. Возьмем два одинаковых свинцовых цилиндра. Вначале их поверхности шероховатые, и если прижать цилиндры основаниями друг к другу, то заметного взаимодействия между ними не произойдет.

Рис. 4. Свинцовые цилиндры со стругом

Но ситуация изменяется, если поверхности цилиндров обработать с помощью специального инструмента – так называемого струга. Это инструмент, позволяющий заточить торцы цилиндров так, что их поверхности станут очень гладкими, отполированными. Если теперь на некоторое время плотно прижать торцы свинцовых цилиндров друг к другу, то по всей площади соприкосновения расстояние между их поверхностями уменьшится настолько, что «включатся» силы межмолекулярного притяжения. Эти силы достаточны, чтобы безо всякого соединения цилиндры могли удержать значительный груз.

Рис. 5. Сцепление свинцовых цилиндров объясняется взаимным притяжением молекул

Смачивание – это также проявление взаимного притяжения молекул.

Возьмем две стеклянных пластинки. Если просто прижать их друг к другу чистыми плоскими поверхностями, а затем попытаться разъединить, то никакого эффекта не будет.

Но если на поверхность одного из стекол нанести несколько капель воды, а потом вновь приложить второе стекло и плотно прижать стекла друг к другу, то отсоединить их друг от друга будет достаточно сложно. И если мы все-таки отсоединим их друг от друга, мы увидим, что обе поверхности стекла – и одного, и второго – оказываются смоченными водой. Это означает, что взаимное притяжение между молекулами стекла и воды больше, чем между самими молекулами воды.

Рис. 6. Для демонстрации явления смачивания можно использовать два стекла, на которые поместили несколько капель воды

Явление смачивания достаточно часто встречается в нашей жизни. Именно благодаря смачиванию мы можем вытирать полотенцем посуду, писать по бумаге чернилами (попробуйте вытереть тарелку полиэтиленовым пакетом или написать что-нибудь на нем авторучкой!). Отсутствие смачивания позволяет водоплавающей птице оставаться сухой в воде даже под проливным дождем.

Рис. 7. Перья водоплавающей птицы не смачиваются водой

Список литературы

1. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.

2. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7 – 9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

3. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

1. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().

2. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().

Домашнее задание

Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов