Как изменить геометрические размеры молекул

Определение размеров молекул

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно,
,
где М — молярная масса вещества NA — число Авогадро.

Отсюда объем V0 одной молекулы определяется из равенства

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе.

так что

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен
,
где r — радиус шарика.

Поэтому
,
откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль 1/3, поэтому формула для r принимает вид .

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – молекулы.

Необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набрать 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитать число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, найти среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитать объём исследуемой жидкости в капле: , где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.

В ванну налить воду толщиной 1 – 2 см. Насыпать тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуть с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капнуть одну каплю раствора. Линейкой измерить, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторить 2- 3 раза, а затем подсчитать диаметр молекул d.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S — площадь масленого пятна.

Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м3).

Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см3 и перевести в м3, для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд.

Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле:

Практическое получение наночастиц

В современном мире в связи с общей тенденцией к миниатюризации большими темпами стала развиваться такая наука, как нанотехнология. Методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды и др.

Ход работы:

1) Определение объёма капли

=14,13 мм3;

2) Определение объёма капли путём взвешивания.

1. На весы накапали 10 капель растительного масла, измерили массу

mk=0,2 г

• Масса 1 капли m1=0,2 г/10=0,02 г
• Определение объёма капли V=m1/q=0,01г/0,8 г/см3=13 мм3

3) Определяем площадь пятна Sмасла=ПR2=11304 мм2

(Приложение 1,2,3,4,5)

4) Площадь пятна нефти Sнефти=20*16=32000 мм2

(Приложение 6,7,8,9)

5) Определяем толщину плёнки h=V/S

Для масла h=13/11304=1,2*10-7=120 нм

Для нефтиh=13/32000=4*10-8 м=40 нм

Вывод: В лабораторных условиях можно получать нанопленки

Заключение

Мы измерили толщину наноплёнок масла и нефти, изучили физические свойства плёнок и методы их получения, также ознакомились с физическими методами исследования микро- и наномасшатабных объектов.

К сожалению, из таких жидкостей как кислоты(уксусная, ортофосфорная, борная), моющие средства и мыло у нас не получилось сделать наноплёнки, потому что все эти жидкости гидрофобные(боятся воды).Мы пытались получить пленки с помощью скотча, но электронные весы позволяют измерять массу с точностью до десятых долей грамма

Список использованной литературы

1. Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. М.: Просвещение, 1985.
2. Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
3. Буров В.А. Практикум по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1973.

Приложения

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Снежногорская средняя общеобразовательная школа»

III муниципальная научно-практическая конференция

«На перекрёстке наук»

Определение размеров молекул

различных веществ

Автор:

Александрикова Татьяна Алексеевна,

10 класс

Руководитель:

Двойнова Марина Валерьевна,

учитель физики

п. Снежногорский

2012

Оглавление

1. Введение ………………………………………………………………………………………3                    
2. Глава I. Что такое молекула?……………………………………………………………………4

Глава II. Методы определения размеров молекул ….……………………………………5

Глава III. Определение диаметра молекул ……………………7

1. Заключение ………………………………………………………………………………….8
2. Список использованной литературы ………………………………………………………..9

Введение

Все тела, которые нас окружают, состоят из мельчайших частиц – молекул. Очень интересно узнать, каковы размеры молекул? Как их можно определить? Из-за очень малых размеров молекулы нельзя увидеть невооруженным глазом или с помощью обыкновенного микроскопа. Их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Ученые доказали, что молекулы разных веществ отличаются друг от друга, а молекулы одного и того же вещества одинаковы. На практике измерить диаметр молекулы можно, но к сожалению, в школьной программе не предусмотрено изучение проблем такого рода.

Цель исследования: определить диаметр молекулы растительного масла.

Объект исследования: молекула растительного масла

Предмет исследования: диаметр молекулы.

Гипотеза: известно, из разных источников, что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10-7 до 10-10м.

Задачи исследования:

1. Изучение методов определения размеров молекул.
2. Проведение  эксперимента  по определению размеров молекул.
3. Анализ полученных результатов.
4. Сравнение диаметра молекул полученных экспериментальным методом  с статистическими данными.

Актуальность: работа относится к прикладным исследованиям и поможет лучше разобраться в вопросе определение размеров молекул.

Глава I. Что такое молекула?

Молекула в современном понимании – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна к самостоятельному существованию.

Различными способами было определено, что в 1 см3 любого газа при нормальных условиях содержится около 2,7×1019 молекул.

Чтобы понять, насколько велико это число, можно представить, что молекула – это «кирпич». Тогда если взять количество кирпичей, равное числу молекул в 1 см3 газа при нормальных условиях, и плотно уложить ими поверхность суши всего земного шара, то они покрыли бы поверхность слоем высотой 120 м, что почти в 4 раза превосходит высоту 10-этажного дома. Огромное число молекул в единице объёма указывает на очень малые размеры самих молекул. Например, масса молекулы воды m=29,9×10-27 кг. Соответственно малы и размеры молекул. Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им позволяет сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным, так как на молекулярных расстояниях представления классической физики не всегда оправданы. Средний размер молекул порядка 10-10м.

Если бы размер молекулы увеличить до размера точки в конце предложения в книге, то толщина человеческого волоса стала бы равна 40 м, а человек, стоя на поверхности Земли, упирался бы головою в Луну! Если из детского резинового шарика, надутого и наполненного водородом (массой 3г), каждую секунду выпускать по 1 миллиону молекул, то понадобится 30 миллиардов лет!

Молекула – это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара – сладкая, а соли – соленая. Молекулы состоят из атомов. Размеры молекул ничтожно малы.

Как добыть молекулу из вещества? – механическим дроблением вещества. Каждому веществу соответствует определенный вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) или из нескольких одинаковых или различных атомов, или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.

Молекулы одного и того же вещества во всех агрегатных состояниях одинаковы.

Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, то есть расширение и сжатие вещества при изменении температуры, и явление диффузии. Молекулы вещества находятся в непрерывном тепловом движении.

Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то все, что останется, сможет пролезть через игольное ушко.

Глава II. Методы определения размеров молекул

В молекулярной физике главные «действующие лица» — это молекулы, невообразимо маленькие частицы, из которых состоят все на свете вещества. Ясно, что для изучения многих явлений важно знать, каковы они, молекулы. В частности, каковы их размеры.

Когда говорят о молекулах, их обычно считают маленькими упругими твердыми шариками. Следовательно, знать размер молекул, значит знать их радиус или диаметр.

Несмотря на малость молекулярных размеров, физики сумели разработать множество способов их определения. В одном используется свойство некоторых (очень немногих) жидкостей растекаться в виде пленки толщиной в одну молекулу. В другом, размер частицы определяется с помощью сложного прибора – ионного проектора.

Строение молекул изучают различными экспериментальными методами. Электронография, нейтронография и рентгеновский структурный анализ позволяют получать непосредственную информацию о структуре молекул. Электронографии, метод, исследующий рассеяние электронов на пучке молекул в газовой фазе, позволяет рассчитать параметры геометрической конфигурации для изолированных сравнительно простых молекул. Нейтронография и рентгеновский структурный анализ ограничены анализом структуры молекул либо отдельных упорядоченных фрагментов в конденсированной фазе. Рентгенографические исследования кроме указанных сведений дают возможность получить количественные данные о пространственном распределении электронной плотности в молекулах.

Спектроскопические методы основаны на индивидуальности спектров химических соединений, которая обусловлена характерным для каждой молекулы набором состояний и отвечающих им энергетических уровней. Эти методы позволяют проводить качественный и количественный спектральный анализ веществ.

Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение их поведения во внешних электрических и магнитных полях.

Существуют, однако, очень простые способы определения размеров  молекул:

1 способ. Основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N.

Число молекул в теле массой m равно, как известно, , где М — молярная масса вещества NA — число Авогадро. Отсюда объем V0 одной молекулы определяется из равенства                          

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе. Обратное же отношение  есть плотность вещества, так что   .

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен , где r — радиус шарика. Поэтому , откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

.

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10-9 моль1/3, поэтому формула для r принимает вид .

Например, радиус молекулы воды, вычисленный по этой формуле, равен rВ ≈ 1,9 · 10-10 м.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом. Кроме того, при такой «упаковке» молекул – шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее, вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных.

2 способ. Метод Ленгмюра и Дево. В данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. При попадании капли раствора на поверхность воды спирт растворяется в воде, а исследуемая жидкость образует пятно площадью S и толщиной d (порядка диаметра молекул).

Если допустить, что молекула имеет форму шара, то объем одной молекулы равен:

где d – диаметр молекулы.

Необходимо определить диаметр молекулы d. В микропипетку набрать 0,5 мл раствора и, расположив ее над сосудом, отсчитать число капель n, содержащихся в этом объеме. Проделав опыт несколько раз, найти среднее значение числа капель в объеме 0,5 мл, а затем подсчитать объём исследуемой жидкости в капле: , где n – число капель в объеме 0,5 мл, 1:400 – концентрация раствора.

В ванну налить воду толщиной 1 – 2 см. Насыпать тальк тонким слоем на лист бумаги, ударяя слегка пальцем по коробочке. Расположив лист бумаги выше и сбоку от ванны на расстоянии 10 – 20 см, тальк сдуть с бумаги. На поверхность воды в ванне из пипетки капнуть одну каплю раствора. Линейкой измерить, средний диаметр образовавшегося пятна D и подсчитываю его площадь. Опыт повторить  2- 3 раза, а затем подсчитать диаметр молекул d.

3 способ. Определение диаметра молекулы. Будем считать, что капля масла растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет равной одной молекуле, тогда диаметр одной молекулы можно определить по формуле: d=V/S, где V – объём капли масла, S —  площадь масленого пятна. Объём капли масла можно определить следующим образом: накапать 100 капель из капилляра в сосуд и измерить массу масла в нём. После этого  массу, выраженную в килограммах, поделить на плотность масла, которую можно взять из таблицы плотности некоторых веществ (плотность масла растительного 800 кг/м3). Затем полученный результат поделить на количество капель. Объём капли можно определить также с помощью мерного цилиндра: накапать масло в цилиндр, измерить его объём в см3 и перевести в м3, для чего поделить на 1000000, затем на количество капель масла. После того, как объём капли стал известен нужно капнуть одну каплю масла на поверхность воды, которая налита в широкий сосуд. Для ускорения реакции предварительно немного нужно нагреть воду – приблизительно до 400С. Масло начнёт растекаться, и в результате получится круглое пятно. После того, как пятно перестанет расширяться, с помощью линейки измерить его диаметр и рассчитать площадь пятна по формуле: .

Глава III. Определение диаметра молекулы

После изучения способов определения размера молекулы был выбран наиболее подходящий – третий способ.

ную массу растительного масла, а для этого необходимо знать химическую формулу растительного масла. Второй способ также невыполним, так как  в данном методе исследуемая жидкость должна растворяться в спирте (эфире) и быть легче воды, не растворяясь в ней. Такой жидкостью может быть олеиновая кислота, которую сложно приготовить в школьной лаборатории.

Для проведения эксперимента был определён перечень лабораторного оборудования: шприц, лабораторная чашка, масляные вещества(вазелиновое масло, дизельное топливо, машинное масло), перманганат калия, линейка измерительная.

Цель работы: определить диаметр молекулы.

Ход эксперимента:

1. Набираем исследуемую жидкость в мерный шприц.
2. Определяем объём вещества по шкале нанесенной на шприц.
3. Измеряем массу исследуемого вещества на электронных весах. Прежде чем, набрали вещество в шприц мы определили массу пустого шприца.
4. Наливаем жидкость из шприца в воду, а затем наблюдаем, как расплывается пятно. Для того чтобы капля растекалась быстрее мы взяли воду нагретую примерно до 40 градусов, чтобы расплывшееся пятно было лучше видно мы добавили перманганат калия.
5. Измеряем диаметр образовавшегося пятна мерной линейкой.
6. Вычисляем площадь пятна. Образовавшееся пятно имеет форму круга, поэтому для определения его площади можно использовать формулу площади круга

.

1. Вычисляем диаметр молекулы по формуле:

Все измерения и вычисления мы занесли в таблицу, по которой видно, что диаметры молекул исследуемых веществ подтверждают нашу гипотезу о том что диаметр молекул может принимать значения от 10-7 до 10-10м.

Определение объёма капли растительного масла.

В мерный цилиндр (мензурку) накапали 190 капель, общий объём которых составил 10 мл. Использую формулу для определения объём исследуемой жидкости в капле из метода Ленгмюра и Дево (2 способ), получаем .

1. Определение площади масляного пятна.

Для того, чтобы получить масляное пятно провели несколько экспериментов.

В ванну размером 40×30 см необходимо налить воду и капнуть 1 каплю растительного масла, а затем наблюдать, как расплывается пятно, когда оно перестанет расплываться – измерить его диаметр.

Для определения площади пятна использовали формулу: .

Получаем: .

1. Определение диаметра молекулы растительного масла.

Используем формулу:  , получаем .

Вывод: при расчёте диаметра молекулы растительного масла я получила значение , которое соответствует табличным данным.

Заключение

В результате работы я изучила литературу о молекулах, о методах определения диаметра

молекул. Используя полученные знания, я провела исследования по определению приблизительного диаметра молекулы растительного масла и получила следующий результат: .

Данный результат подтвердил моё предположение (гипотезу), что диаметр молекулы растительного масла может принять значение от 10-7 до 10-10м.

Цель моей работы достигнута, но изучение темы «Молекулы» ещё не закончено. На этом небольшом исследовании останавливаться не буду, так как есть много вопросов, на которые хочется найти ответы не только в книжках, но и убедиться самому, выполняя эксперимент. Например, ответить на вопросы: двигаются ли молекулы?  Каковы размеры молекулы воды и как определить?

Список использованной литературы

1. Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. М.: Просвещение, 1985.
2. Блудов М.И. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
3. Буров В.А. Практикум по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1973.
4. http://medencped.ru/molekula/
5. http://www.hemi.nsu.ru/text113.htm
6. http://potomy.ru/world/2288.html
7. http://www.alsak.ru/content/view/326/122/1/1
8. http://marklv.narod.ru/mkt/str2.htm
9. http://class-fizika.narod.ru/7_stroenie.htm

Размеры атомов и молекул

Туннельные
микроскопы обеспечивают увеличение в
100 млн раз. Это позволяет измерять размеры
атомов с очень большой точностью. Так,
диаметр атома углерода оказался равным
1,4·10^-8
см. Такой же порядок имеют и размеры
других атомов.

Размеры атомов и
молекул, найденные другими методами,
оказываются примерно такими же.

Эти
размеры так малы, что их невозможно себе
представить. Что вам может сказать,
например, число 2,3·10^-8см
— размер молекулы водорода? В таких
случаях прибегают к помощи сравнений.
Если, например, вашу голову увеличить
до размеров средней звезды типа Солнца,
то молекула при этом увеличится до
размеров головы.

А
вот еще сравнение. Если представить
себе, что все размеры в мире возросли в
10⁸
раз, то молекула водорода будет выглядеть
как шарик диаметром всего в 2,3 см (средних
размеров слива), а рост человека стал
бы равным 170 000 км, размер мухи — 10 000 км,
толщина волоса — 10км, размер красного
кровяного тельца (эритроцита) — 700 м.

Число молекул

При
столь малых размерах молекул число их
в любом макроскопическом теле чрезвычайно
велико. Подсчитаем приблизительное
число молекул в капле воды массой 1 г и,
следовательно, объемом 1 см³.
Диаметр молекулы воды равен приблизительно
3·10^-8см.
Считая, что каждая молекула воды при
плотной упаковке молекул занимает объем
(3·10^-8
см)³,
можно найти число молекул в капле,
разделив объем капли (1 см³)
на объем, приходящийся на одну молекулу:

Представьте
себе, что поверхность земного шара
твердая и гладкая. На всей поверхности
вплотную друг к другу стоят люди. Число
людей при этом будет чуть меньше числа
молекул в 1 см³
воздуха при нормальном атмосферном
давлении и температуре 0 °С.

Надо
помнить основные положения
молекулярно-кинетической теории. Атомы
имеют размеры порядка 10^-8см.
Изображения
атомов, полученные с помощью туннельного
микроскопа, не оставляют никаких сомнений
в их существовании,

§ 2.2. Масса молекул. Постоянная Авогадро

Массы молекул
очень малы, если выражать их в граммах
или килограммах, а число молекул в
макроскопических телах огромно. С очень
маленькими и очень большими числами
иметь дело неудобно. Ученые нашли
довольно простой способ избежать этого
неудобства и характеризовать массы
молекул и их число вполне обозримыми
числами, не выходящими далеко за пределы
сотни. Сейчас вы познакомитесь с тем,
как это делается.

Масса молекулы воды

В
предыдущем параграфе мы выяснили, что
в 1 г воды содержится 3,7·10²²
молекул. Следовательно, масса одной
молекулы равна:

Массы такого же
порядка имеют и молекулы других веществ,
исключая огромные молекулы органических
соединений. Например, масса молекулы
гемоглобина превышает массу молекулы
воды в несколько десятков тысяч раз.

Относительная молекулярная масса

Так
как массы молекул очень малы, удобно
использовать не абсолютные значения
масс, а относительные. По международному
соглашению, принятому в 1961 г., массы всех
молекул сравнивают с
массы атома углерода* (так называемая
углеродная шкала атомных масс). Главная
причина выбора углеродной шкалы атомных
масс состоит в том, что углерод входит
в огромное число различных органических
соединений. Этот выбор позволяет очень
точно сравнивать массы атомов тяжелых
элементов с массой атома углерода.
Множительвведен для того, чтобы относительные
массы атомов были близки к целым числам.
Относительная масса атома углерода
точно равна 12, а атома водорода примерно
равна единице.

*
Точнее, с

массы атома наиболее
распространенного изотопа углерода-12.

Относительной
молекулярной (или атомной) массой
вещества М_r
называют
отношение массы молекулы (или атома)
данного вещества к

массы
атома углерода т_0С:

(2.2.1)

Относительные
атомные массы всех химических элементов
точно измерены. Складывая относительные
атомные массы, можно вычислить
относительную молекулярную массу.
Например, относительная молекулярная
масса воды Н₂О
приближенно равна 18, так как относительные
атомные массы водорода и кислорода
примерно равны 1 и 16:2-1 + 16=18.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

    Полимерными соединениями, или полимерами, называют вещества, молекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев одинаковой структуры. Элементарные структурные звенья соединены между собой ковалентными связями в длинные цепи линейного или разветвленного строения или же образуют эластичные или жесткие пространственные решетки. Своеобразно построенные, гигантские по размерам молекулы полимерных соединений обычно называют макромолекулами. Основная цепь макромолекул органических полимеров состоит из атомов углерода, иногда с чередованием атомов кислорода, серы, азота, фосфора. В макромолекуляр-ную цепь могут быть введены атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, не содержащихся в природных органических соединениях. [c.9]

    На рис. 3 показано пространственное строение молекулы протео-литического фермента а-химотрипсина. Линейные размеры глобулы соответствуют примерно 45, 38 и 35 А [13]. [c.12]

    В последнее время широкое применение в качестве адсорбентов получили молекулярные сита. Примером таких сит являются цеолиты, кристаллы которых построены из чередующихся кремне- и алюмокислородных тетраэдров и содержат поры с диаметром от 4 до 7,5 А в зависимости от типа цеолита. Рыхлые пространственные решетки цеолитов способны поглощать и удерживать достаточно малые молекулы, в то время как большие молекулы в эти решетки проникнуть не могут. На этом и основано молекулярноситовое действие цеолитов, используемых для осушки, разделения смесей паро и выделения растворенного вещества из растворов. В частности, осушка органических растворителей с помощью цеолитов основана на том, что молекулы воды (диаметр 2,75 А) легко проникают в узкие поры кристаллов цеолита, в то время как большие по размерам молекулы растворителя в такие поры не попадают. [c.111]

    При поликонденсации, которая протекает по ступенчатой схеме, размер молекулы непрерывно увеличивается с относительно низкой скоростью (сначала из мономеров образуется димер, тример, тетрамер и т. д. до полимера) до образования полимера с молекулярной массой 5000 — 10 ООО. Полученные в результате поликонденсации молекулы устойчивы и могут быть выделены на любой стадии процесса. Они содержат те же функциональные группы, что и у исходных мономеров, и могут участвовать в дальнейших реакциях друг с другом или с другими мономерами. Это используется в промышленности для получения олигомеров и полимеров с пространственно-сшитой структурой. Схема образования полиамидной смолы — капрона — служит [c.333]

    Опыт показывает, что в случае молекулярных соединений угловое распределение интенсивности обусловливается а) внутримолекулярным рассеянием, зависящим от рассеивающей способности атомов и их пространственного расположения в молекулах б) межмолекулярным рассеянием, обусловленным размером молекул, их формой и взаимным расположением. Оба типа рассеяний фиксируются вместе, однако в области малых углов преобладает межмолекулярное рассеяние, а в области предельно больщих углов — внутримолекулярное рассеяние. Описание структуры индивидуальных молекулярных жидкостей, аморфных тел и растворов предполагает определение  [c.68]

    Кроме коэффициента распределения, большое значение имеют и другие показатели физико-химических свойств веществ. В частности, размер молекулы, ее пространственная конфигурация, симметрия или отсутствие ее. А. 0 езе (1959) приводит данные, свидетельствующие о том, что коэффициенты распределения имеют более важное значение. Однако при прочих равных условиях различие в размере молекул, даже если оно невелико, имеет определенное значение для всасывания. [c.24]

    Переход молекул вещества пз подвижной фазы в неподвижную и обратно за счет диффузии ничем не затруднен. Иная ситуация складывается внутри гранул. Здесь диффузия более или менее затруднена из-за столкновений молекул диффундирующего вещества с нитями пространственной сетки полимера или стенками пор. Если размеры молекул соизмеримы со средним диаметром каналов в гранулах, то эти затруднения становятся весьма существенными и диффузия тормозится. Может сложиться и такое положение, когда часть внутреннего объема гранул, т. е. часть объема неподвижной фазы (а иногда и весь этот объем), оказывается недоступной для молекул вещества, растворенного в подвижной фазе. [c.7]

    Так. изучение колебательно-вращательных спектров различных изотопных форм изолированных молекул паров воды позволяет с очень высокой точностью найти геометрические размеры молекул (табл. 1). Измерения длин ОН-связей и углов между ними дифракционными методами связаны с определением пространственного расположения атомов. Исследования электронной дифракции на парах воды приводят к аналогичным величинам длины связи и угла, но со значительно меньшей точностью [387]. Рентгеноструктурные исследования позволяют получить координаты атомов водорода с точностью + 0,05 -ь 0,10 А, что чаще всего оказывается далеко не достаточным для структурно-химического анализа вещества. В этом смысле нейтронография, несмотря на ограничения, вызываемые отрицательной амплитудой рассеяния нейтронов протонами, требованием больших размеров образца и малой мощностью используемых потоков нейтронов является более удобным методом исследования, позволившим установить целый )яд важных предельных оценок параметров водородных мостиков 111]. [c.16]

    Как мы уже отмечали, молекулы воды очень склонны к ассоциации. Поэтому в парах воды разной плотности при изменении температуры молекулы воды образуют различные по размеру комплексы. Чаще всего, говоря о парах воды, имеют в виду пары низкой плотности — 10 г см и ниже. При этих условиях расстояние между молекулами воды в среднем 30 А, что на порядок выше радиуса их специфического взаимодействия. Благодаря большой пространственной разделенности молекулы паров воды могут совершать свободные поступательные и вращательные движения. Последние, взаимодействуя с колебательными уровнями молекулы, приводят их к расщеплению [63]. В результате этого спектр паров воды вместо широких (несколько десятков обратных сантиметров) колебательных полос, характерных для веществ в конденсированном состоянии, оказывается состоящим из очень большой серии линий с полушириной 0,05—0,5 см [251. Поэтому, исследуя пары и газы при достаточной разрешающей силе прибора, мы всегда обнаруживаем четкую вращательную структуру. Примером ее может служить спектр паров воды при давлении 15 мм рт. ст. и температуре 25° С, в диапазоне 3697—3544 см , полученный на приборе с разрешением 0,7 см (рис. 37). [c.117]

    Для разделения белков и нуклеиновых кислот широко применяется метод гель-электрофореза. Его принцип заключается в следующем. Исследуемый препарат (раствор белка, ДНК или РНК) вносят в лунку, расположенную у края геля — полужидкой среды с сетчатой пространственной структурой (обычно для электрофореза используют тонкие пластины геля). Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, и когда через гель пропускают электрический ток, они перемещаются в электрическом поле. Молекулы одинакового размера (и одинакового заряда) движутся единым фронтом, образуя в геле дискретные невидимые полосы. Чем меньше размер молекул, тем быстрее они движутся. Постепенно исходный препарат, состоящий из разных макромолекул, разделяется на зоны, распределенные по длине пластинки. [c.54]

    Масс-спектрометрический метод, успешно разрабатываемый в настоящее время, относительно мало чувствителен к стереохимическим различиям в структуре моносахаридов, по крайней мере для соединений с незакрепленной конформацией, что приводит к близкому сходству масс-спектров диастереомеров. Поэтому масс-спектры производных моносахаридов позволяют получить весьма полезную информацию о молекулярном весе соединения, его функциональных группах и их взаимном расположении, размере цикла и т. д., но не о стереохимии. ЯМР-спектроскопия дает существенную информацию именно о стереохимических и конформационных различиях сахаров и в ряде случаев позволяет сделать исчерпывающие заключения о пространственном строении молекулы моносахарида. [c.626]

    Дифракционные методы позволяют получать сведения о геометрии и размерах молекул, структуре кристаллов и растворов, т. е. о пространственном распределении ядер атомов. Равновесные положения ядер чаще всего основываются на принципах симметрии или правилах отбора, не зависящих от какой-либо специальной теоретической модели. Правила отбора связаны с законами сохранения в квантовых переходах. [c.200]

    Спектральные методы дают информацию о пространственном и энергетическом распределении электронной плотности, т. е. о характеристиках химической связи. Для решения этой задачи требуется сначала построить теоретическую модель. Примером таких моделей может служить теория молекулярных орбиталей. Спектральные методы могут быть полезны и для решения задач стереохимии, связанных с изучением распределения атомов в пространстве и размеров молекул. Например, с помощью ИК- и ЯМР-спектроскопии по числу наблюдаемых линий можно получить нуж- [c.210]

    Учитывая большую разницу в величинах дипольных моментов, определенных двумя методами, можно было допустить, что изменение факторов, влияющих на равновесие в дисперсной системе, сопровождается не только изменением размеров ассоциатов, но также изменением их структуры и конформации. Данные, подтверждающие это допущение, были получены в результате анализа частотно-резонансных спектров растворов. Было показано, что при разбавлении бензольных растворов смол и асфальтенов максимум потери энергии смещается в область низких частот, т. е. время релаксации увеличивается. Такая картина возможна лишь в случае увеличения геометрических размеров частиц (молекул) при разбавлении, отражением чего является и резкое возрастание дипольного момента за счет увеличения расстояния между зарядами. Эти данные подтверждают представление исследователей, по мнению которых молекулы асфальтенов состоят из структурных фрагментов, соединенных метиленовыми либо иными мостиками, допускающими их взаимные повороты. Следует учесть, что пространственная деформация молекул может привести к нарушению сопряжения, вплоть до разъединения пар л-электронов, что может определенным образом влиять на реакционную способность веществ, особенно в реакциях со свободными радикалами. [c.789]

    Методы определения размеров и пространственной структуры молекул. . 416 Электрический дипольный момент и [c.390]

    Методы определения размеров и пространственной структуры молекул [c.416]

    При быстрых реакциях в растворах может наблюдаться отклонение от равномерного распределения частиц в пространстве. Наличие молекул растворителя в этом случае обеспечивает равновесное распределение частиц по энергиями, но диффузия реагирующих частиц друг к другу может быть настолько медленной.по сравнению со скоростью химической реакции, что пространственное распределение реагирующих частиц не будет равномерным. Близко расположенные реагирующие частицы быстро вступают в реакцию друг с другом и, наоборот, те частицы, которые не имеют по соседству другой частицы, с которой они могли бы прореагировать, в реакцию вступают позже [6]. Поэтому около непрореагировавших частиц возникают зоны, обедненные способными к реакции частицами, т. е. возникает ситуация, сходная с той, о которой мы говорили при рассмотрении поглощения частиц зерном сорбента и в теории коагуляции. Для количественного описания распределения частиц по объему мы можем, как и в теории коагуляции, найти из уравнения диффузии концентрацию способных к реакции частиц с как функцию расстояния г от центра избранной частицы и времени I. Между коагуляцией и бимолекулярными реакциями в растворах имеются, однако, и существенные различия. Применимость уравнения диффузии к коагуляции в растворах и к коагуляции достаточно крупных аэрозольных частиц (с размерами больше длины свободного пробега) не вызывает сомнений. Однако в бимолекулярной реакции линейные размеры зон с обедненной концентрацией реагирующих частиц оказываются сравнимыми с размерами молекулы. Использование уравнения диффузии для такого случая вызывает некоторые возражения. Тем не. менее обычно считают возможным пользоваться уравнением диффузии в задачах о столкновениях молекул, приводящих к реакции. [c.97]

    Как именно следует изменить максвелловские уравнения, становится ясным, если учесть, что для объяснения явления вращения плоскости поляризации нельзя полностью пренебрегать размерами молекул по сравнению с длиной волны. Чтобы получить различные скорости распространения волн с левой и правой круговой поляризациями, необходимо учитывать, что молекула взаимодействует не только со средним электрическим полем, но также чувствует пространственные неоднородности поля в разных точках молекулярного объема . Позже будет показано, что наиболее существенны при этом изменения, связанные только с rot Е. В частности, можно принять, что [c.240]

    Изучение молекулярных спектров позволяет определить энергию электронов в молекуле, распределение электронной плотности, энергию химической связи и природу ее, наличие определенных групп в молекуле, пространственную структуру молекул, размеры связей и молекул и углы между связями. [c.133]

    Большая длина и гибкость макромолекул обусловливают ряд особенностей твердого А. с. полимеров. Если линейные макромолекулы достаточно жестки, то кристаллизация таких полимеров не происходит вследствие малой подвижности этих макромолекул и образуется стеклообразное тело, обладающее лишь ближним порядком в расположении макромолекул, т. е. упорядочением, простирающимся на расстояния, сравнимые с размерами макромолекул. В связи с большой длиной цепных макромолекул абсолютные размеры трехмерно упорядоченных областей могут достичь значений, намного превышающих размеры молекул низкомолекулярных веществ. В случае гибких макромолекул возникает ряд возможностей образования твердого А. с. В связи с большой длиной макромолекул их поступательное движение м. б. ликвидировано образованием связей между отдельными местами цепей, т. е. пространственным структурированием, возникающим как вследствие химич. взаимодействия отдельных групп атомов в соседних макромолекулах (см. Трехмерные полимеры), так и вследствие достаточно сильных взаимодействий физич. характера, напр, при образовании водородных связей. Если сильные межмолекулярные связи расположены достаточно часто, происходит потеря поступательного движения не только самих макромолекул, но и их сегментов, т. е. образуется стеклообразное пространственно-структурированное тело. Если же эти связи расположены редко, т. е. на расстояниях, значительно превышающих размеры сегментов, то теряется возможность поступательного движения макромолекул в целом, но сохраняется свобода поступательных перемещений их сегментов, т. е. образуется высокоэластич. пространственно-структурированное тело. [c.7]

    Отверждение и применение. Использование О., как и др. реакционноспособных олигомеров, создает ряд преимуществ и, в частности, возможность совмещения в одной операции процессов полимеризации и изготовления изделий. В технике отверждение достигается путем радикальной полимеризации или сополимеризации О. Переход от жидкого олигоэфиракрилата к пространственно-сетчатому полимеру наблюдается при очень малых степенях превращения (0,25—1%) и сопровождается скачкообразным нарастанием вязкости и потерей текучести. Элементарные реакции протекают в диффузионной области. Начальная скорость полимеризации в изотермич. условиях зависит от физич. свойств О., гл. обр. от вязкости и способности молекул О. к ассоциации. С увеличением глубины полимеризации скорость определяется плотностью пространственной сетки и гибкостью ее межузловых цепей плотность и гибкость, в свою очередь, зависят гл. обр. от размера молекул и природы исходного О. [c.235]

    Параметр г/ — i/kf определяет типичный пространственный размер отдельной флюктуации, а величина 9 характеризует интенсивность флюктуаций. Исходя из уравнений (6.3.2) можно показать, чг о в отсутствие молекул X и У, потребляющих для своего размножения молекулы субстрата, среднеквадратичная флюктуация концентрации г молекул субстрата дается выражением [c.212]

Рис. 4.6. Пространственные размеры молекулы глюкозы в соответствии с ван-дер-ваальсовыми радиусами атомов

    Комплексы тиокарбамида менее устойчивы, чем карбамидные. Так же как в случае карбамида, взаимодействие углеводородов с тиокарбамидом определяется соответствием размеров их молекул тгаперечно му сечению каналов в рвшепке тиокарбам ида. Диа,метр поперечного сечения молекул, способных давать комплексы с тиокарбамидом, составляет примерно 5,8—6,8 [41]. Обычно соединения, образующие комплекс с карбамидом, не дают комплекса с тиокарбамидом. Однако некоторые длинноцепные углеводороды при 0°С образуют малоустойчивые комплексы с тиокарбамидом. Это объясняется тем, что при пониженной температуре цепь молекулы парафина нормального строения свертывается в миоговит-ковую спираль, в результате размеры молекул удовлетворяют пространственным требованиям для комплексообразования с тиокарбамидом. [c.205]

    Возникшие ассоциаты продолжают расти до размеров, определяемых физико-химическими свойствами дисиерсионной среды и дисиерсной фазы, и затем коагулируют. Важное значение имеет геометрия молекул, составляющих дисперсную фазу (ассоциаты). Наиболее упорядоченная укладка в ассоциате будет в том случае, если молекулы полициклических ароматических углеводородов упорядочены в двумерной плоскости. В случае пространственной конфигурации молекул ароматических углеводородов будут формироваться рыхлые бессистемные коагуляты. Образующиеся за счет сил межмолекулярного взаимодействия ассоциаты на более поздних стадиях подвергаются химическим превращениям. Появление ири этом сшивок между молекулами в кристаллите в дальнейшем сильно затрудняет их растворение, а на более глубоких стадиях делает его невозможным. [c.170]

    В работе [38] подробно изучено влияние природы и строения заместителей в боковой цепи дипептидов на интенсивность их сладкого вкуса. Высказано предположение [39], что группа X, отвечающая за сладкий вкус эфиров дипептидов, связана с центром разветвленной боковой цепи, например в аспартаме —это бензольное ядро. Показано [40,41], что чем полнее соответствие между размерами и пространственным строением молекул сладкого вещества и вкусовых рецепторов, тем интенсивнее ощущение сладкого вкуса. Поэтому форма условной сладкой единицы может использоваться для определения конформации аспартама, хорошо адсорбируемого на поверхности рецептора (рис. 1.3, аУ Полученная таким образом информация указывает, что поверхность рецептора соответствует определенным структурным элементам молекул сладких веществ разли<Гных tипoв. Это позволяет прогнозировать структуру аналогов аспартама и других соединений, обладающих сладким вкусом. [c.19]

    Аномальный ход реакции между эфирами трифторуксусной кислоты и соединениями Гриньяра нельзя объяснять только наличием пространственных затруднений, так как гораздо больший по размеру молекулы этиловый эфир триметилуксус-ной кислоты реагирует с магнийхлор- -пропилом, давая смесь третичного (40%) и вторичного (48%) спиртов [9]. Вероятно, большую роль играет сильно электроотрицательный характер трифторметильной группы. [c.196]

    Точность собираемой таким путем информации зависит прежде всего от качества кристаллов в больщинстве случаев достигается разрешение не выше 1,5 — 2 нм. Тем не менее метод позволяет делать выводы о пространственной организаци 1 молекулы, особенно для больших белков, состоящих из нескольких субъединиц. Так, например, в ходе исследования трехмерной структуры цитохром— -редуктазы — фермента системы окислительного фосфорилирова-ния в митохондриях — удалось установить общую форму молекулы ивзаимное расположение ее субъединиц (рис.53). Размер молекулы фермента в перпендикулярном к плоскости мембраны направлении составляет около 15 нм. Центральная часть молекулы, толщиной около 5 нм, погружена в липидный бислой и составляет около 30% всего белка. С одной стороны мембраны участок молекулы фермента (— 50% всего белка) выступает над плоскостью бислоя на 7 нм, с противоположной стороны 20% белка) — на 3 нм. Фермент присутствует в кристалле в виде димеров наиболее сильный контакт между мономерами наблюдается в центре мембраны. [c.103]

    Конформационные состояния пептидов определяются теми же силами и взаимодействиями, что и пространственная структура белков. Однако меньшие размеры молекул снижают число анутри-молекулярных контактов в пептиде, что приводит к увеличению роли среды в стабилизации конформации пептида, уменьшению энергетической дифференциации форм и в целом к увеличению конфор-мационной подвижности пептидов по сравнению с белками, фрагментами которых в ряде случаев они и являются. Этим обстоятельством можно объяснить тот факт, что для большинства природных и синтетических линейных пептидов исследования в растворах не обнаружили четко фиксированных структур. Как экспериментальные, так и расчетные данные свидетельствуют об участии в равновесии сложного ансамбля конформеров, из которых с большей или меньшей степенью надежности выявлялись характеристики отдельных форм. При этом оставался открытым вопрос о том, какая из выявленных форм отвечает биологически активной  [c.106]

    Дальнейшие доказательства вероятности пространственных представлений о карбамидаых комплексах хорошо согласуются с данными Шленка [25] при сравнении экспериментальных и теоретических значений плотности комплексов. Известны процессы адсорбции и перегонки, применяемые для разделения молекул по классам и размерам. Разделение же их при помощи комплексообразования основано на различии в пространственном строении молекул с учетом их размера и класса. Автор 25] разделил все комплексы на две группы одна группа реагирует легко, а другая образует комплекс благодаря индукции, т. е. при помощи более стабильных органических веществ и деформации кристаллической решетки. Это явление названо индукцией. [c.10]

    Применение вычислительных методов длительное время также не давало существенно лучших результатов даже и после установления того фундаментального факта, что процессы формирования белков являются обратимыми. Постулат о том, что собственно последовательность аминокислот в белке лежит в основе определения его пространственной структуры, а результирующая конформация белка в целом должна соответствовать минимуму свободной потенциальной энергии, не облегчил в заметной мере вычислительную задачу. Неизмеримые трудности состоят в том, что вследствие огромных размеров молекул белков имеется астрономически большое число их возможных конформаций. Поэтому потребовались бы многие годы компьютерного времени, чтобы сравнить их энергии. Решение вычислительной задачи стало возможным с разработкой программы LINUS. Эта программа основана на гипотезе иерархической конденсации . Согласно этой гипотезе, соседние участки цепи белка взаимодействуют во время ее складывания и образуют локальные фрагменты, которые затем ассоциируют в более крупные структуры. Процесс продолжается в иттерационном режиме до формирования конечной третичной структуры. Фундаментальное отличие программы LINUS от предшествующих программ заключается в том, что, согласно гипотезе иерархической конденсации , сложенный белок необязательно достигает состояния глобального минимума энергии (самое низкое из возможных состояний энергии), а оказывается в состоянии локального минимума (самое низкое из достижимых состояний энергии). Применение указанной программы позволяет объективно предсказывать и вторичную, и третичную структуру белка. [c.532]

    Под внещним вращением подразумевается вращение молекулы как жесткой частицы, размеры которой заданы стереохимиче-скими законами формирования пространственной структуры молекул. Внутреннее вращение — вращение отдельных атомных групп внутри молекулы вокруг химических связей. Торможение Как внутреннего, так и внещнего вращения молекулы при переходе из газовой фазы в раствор зависит прежде всего от плотности упаковки молекул неподвижной фазы. [c.19]

    Полимеры являются типичным примером неоднородных систем как в отношении весов молекул, из которых они состоят, так и в отношении таких особенностей структуры отдельных молекул, как изомерия, раз-ветвленность и последовательность мономерных звеньев. Следует отличать изомерию, связанную с самими мономерными звеньями (структурная изомерия), от изомерии, вызываемой различным пространственным расположением асимметричных мономерных звеньев в полимерной молекуле (стереоизомерия). Ориентация асимметричных мономерных звеньев может быть одинаковой (изотактической), чередующейся (синдиотактической) или неупорядоченной (атактической). В сополимере мономеры могут беспорядочно следовать друг за другом, группироваться в однородные блоки или располагаться так, что одни мономеры образуют главную цепь, а другие — боковые цепи (привитые сополимеры). Молекулы полимера могут быть линейными, разветвленными или сшитыми. В этой главе будет рассмотрена в основном неоднородность в отношении молекулярного веса (массы) и характеристического размера молекул. [c.7]

    Для пространственно сложных молекул, таких, как производные диантриленбензохинона или производных триптицена [1], плоские грани кристаллов не могут быть активными, так как в подобных системах гидрируемая связь недоступна для катализатора. В этих случаях речь идет о выступах молекулярных размеров, т. е. о группах атомов катализатора, адсорбированных на его поверхности. Последние результаты уже близки к данным теории ансамблей И. И. Кобозева. [c.97]

    С этанолом, свободное пространство не может быть заполнено полностью. Но как только размеры включенной молекулы превышают размеры молекулы этанола, полость расширяется. Увеличиваются расстояния как а, так и с. Здесь нет никакого фактора (аналогичного водородной связи в клатратах гидрохинона), который бы ставил в зависимость увеличение расстояния в одном направлении от уменьшения в другом. Просто включающие молекулы раздвигаются дальше. Р/ иерастяиутой структуре пространство достаточно велико, чтобы включались даже самые крупные молекулы, которые образуют клатратиую структуру. Удлинение цепи включенной молекулы выше определенного предела приводит только к образованию структуры канального типа вместо клеточного. Объем кристаллов для каждого соединения включения три-о-тимотида показывает, что для образования структуры клеточного типа требуется в два раза меньший объем свободного пространства, чем для образования структуры канального типа. Селективность кристаллов приводит к заключению, что полость имеет переменное сечение и в грубом приближении сигарообразную форму. Такая селективность иллюстрируется тем фактом, что небольшое увеличение в ширине молекулы при замене одного заместителя другим может препятствовать образованию клатрата. Элементарная ячейка содержит три включенные молекулы, которые формально занимают или особое положение х-О и или х-07з, оба из которы.х требуют, чтобы молекула имела ось симметрии второго порядка. Такой симметрией обладают лишь некоторые из включенных молекул. По этой причине отдельные молекулы не могут располагаться в соответствии с точной пространственно-групповой симметрией следовательно, симметрия полостей накладывает определенные ограничения. Эти наблюдения были интерпретированы Лоутоном и Пауэллом [156]. [c.58]

    Это свидетельствует о влиянии ряда факторов на селективность. Первый из них обусловлен дистанционным удалением центров и их пространственным распределением, другой состоит в ограничении размера молекул продуктов, которые могут образоваться внутри каналов цеолита. Хорошим примером влияния поверхностных ограничений на продукты реакции является неудачная попытка диспропорционирования метилэтилбензола в триалкилбепзол па Н-мордепите [246]. Очевидно, что дифенильные интермедиаты не могут образовываться внутри каналов морденита. [c.60]

    Определение иотделение нормальных парафиновых углеводородов реакцией с карбамидом. Установлено, что углеводороды нормального строения и их производные способны образовывать с карбамидом кристаллические продукты — соединения включения (клатраты), тогда как углеводороды других групп (изопарафиновые, нафтеновые, ароматические) таких соединений не дают (29, 30]. Клатраты образуются внедрением молекул углеводорода в полости кристаллической решетки карбамида при этом включаемое вещество по пространственной конфигурации должно соответствовать полости. Клатраты с карбамидом имеют в плане гексагональную структуру с каналом в центре, диаметром канала определяются размеры молекул, способных к вклю- [c.202]

    Атака иодирующим агентом очень чувствительна к пространственным затруднениям, поэтому образование примерно равных количеств цис- и трамс-изомеров нри проведении реакции в бензольной среде свидетельствует о том, что главным в процессе является атака молекулы нехелатного енола, несмотря на его относительно малую концентрацию. С другой стороны то, что нри проведении реакции в метаноле образуется тракс-изомер, позволяет думать о взаимодействии имеющей небольпше размеры молекулы реагента и молекулы промежуточного хелата, который в данном случае преобладает. [c.281]

    Возможны две причины появления выделяемого белка в свободном объеме элюата при высоких скоростях потока в перегруженных колонках. Первая обусловлена процессом, известном как вторичное исключение. Скорость диффузии молекул в гель зависит не только от размера пор, но также и от соотношения между размером молекул и объемом пор. При нанесении на гель концентрированного раствора высокомолекулярного вещества с крупными молекулами одни из этих молекул будут сразу диффундировать в доступные поры, однако для молекул, пришедших позже, многие поры уже окажутся занятыми, поэтому вероятность диффузии 3 занятые поры понижается из-за уменьшения объема доступных пор. Это приводит к исключению вещества из пор, содержащих иммобилизованный лиганд, ставший недоступным из-за уменьшения объема пор. Вторая причина обуслов.леня степнче-скими затруднениями для последующих молекул, создаваемых уже адсорбированными молекулами белка. Глобулярный белок среднего размера, такой, как гемоглобин, покрывает площадь около 2500 А- [19], что само по себе создает пространственные затруднения. [c.82]

    В этих комплексах цепь молекулы нормального парафина свертывается в многовитковую спираль. Следовательно, размеры молекул удовлетворяют пространственным требованиям для аддуктообра зовапия с тиомочевиной. Таким же образом жирные кислоты оказываются сжатыми в продольном паправлепии при размещении в каналах р-декстрина (см. главу девятую, раздел IV, Б). [c.489]

Увеличиваются ли молекулы при нагревании?

Все мы знаем, что если надуть пластиковую бутылку горячим воздухом, крепко-накрепко закрыть крышкой, а потом охладить, то бутылка сожмётся. Причина этого лежит в физике 8-го класса, или, если точнее, в законе Гей-Люссака, утверждающем, что отношение объёмов при разных температурах равно отношению абсолютных температур. То есть ещё со школьных времён (а может и раньше) нам всем известно, что при нагревании некоторого количества газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

А что насчёт того, из чего этот газ состоит? Увеличивается ли объём самих частичек газа, то есть размер атомов и молекул? Банальный ответ на этот банальный вопрос под катом.

Ха-ха, попались!

Ответ на этот вопрос весьма прост: как мы определим

объём

размер частиц (что такое размер атома/молекулы в зависимости от температуры), такой ответ мы и получим. Поскольку атомы по-своей сути — это одноатомные молекулы, то дальше мы будем называть все эти частицы единым термином «молекула«.

Если взять бутылку с газом, и из этой бутылки взять одну единственную молекулу, то окажется, что для неё не возможно (по-честному) даже принципиально измерить температуру. Частица находится в каком-то конкретном (квантовом) состоянии, которое мы можем определить и измерить, но при этом мы не сможем засунуть

ей в

в неё термометр и узнать сколько там у неё градусов. Связанно это с тем, что «температура» — это свойство макроскопических (т.е. больших) систем, состоящих из большого числа частиц. А значит если молекул в системе мало, то и измерять у этой системы нечего. «Большое число частиц», конечно, это плавающее понятие, но обычно оно измеряется в молях, или в числах Авогадро (), поэтому очевидно, что одна молекула горааааздо меньше этого порядка величин, а значит само понятие температуры не применимо к одной, двум, да даже десяти молекулам.

Что такое температура?

Но что вообще такое температура? Ещё со школы мы знаем, что есть т.н. абсолютная температура T, измеряемая в градусах Кельвина. Именно она стоит во всех газовых законах, в частности в уравнении Менделеева-Клайперона.

Абсолютная температура связанна с относительной температурой t, измеряемой в градусах Цельсия, как , и абсолютный ноль (T=0, или же ) — это недостижимая величина. Ещё всем в голову вбивают мантру:

абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

Но эта мантра не объясняет, что же именно из себя представляет температура.

Попробуем разобраться. Начнём с простого примера. Закроем глаза и представим себе Африку: жаркую, солнечную, заполненную равнинными саваннами, и с горой Килиманджаро торчащей посередине. А ещё там есть слоны.

Каждый слон имеет определённую (большую) массу, и поэтому любое поднятие своей туши из равнинной местности в горную — это большая затрата энергии.

Представим, что слоны голодные, поэтому энергии у них мало. Будучи слоном, я бы в таком состоянии не попёрся бы в гору, а тусовался бы в саванне. В горы бы я ходил только по очень-очень большой нужде. В результате, если бы мы сняли фотографию Африки со спутника, она бы выглядела примерно так, как показано на картинке ниже: много-много слонов на равнине, и очень мало смелых и отчаянных в горах, причём, чем выше — меньше вероятность найти слона.

А теперь представим, что слоны хорошенько поели, да ещё какой-нибудь [Роскомнадзор] ещё для скорости им в еду подсыпали, так что энергии у слонов много. В этом случае, что равнина, что гора, слоны будут туда переться без особой устали, поэтому теперь вероятность отыскать слона на равнине и в горах будет отличаться уже меньше, чем в предыдущем примере (см. картинку ниже), хотя всё ещё будет сохраняться правило: чем выше на гору — тем меньше слонов.

Эти два примера весьма точно иллюстрируют случаи газа с низкой (первый) и высокой (второй) температурой. У каждой молекулы (слона) есть какая-то своя энергия, в нашем примере — это гравитационная энергия , где m — масса, g = 9.8 м/c² — ускорение свободного падения, а h — высота над равниной. Из энергии каждой конкретной частицы (места, где нашли слона) мы не можем ничего сказать о том, как всех слонов покормили

в целом

, но именно то, сколько на всех выделили еды, или другими словами, сколько энергии вкачали в среднем во всю систему, даст нам распределение слонов по ландшафту Африки. Собственно, температура в наших примерах — это общая величина накормленности всех слонов во всей Африке. Именно поэтому мантра из школьного курса физики и оказывается верна — температура — это то, сколько в среднем энергии (причем, как кинетической, так и потенциальной) имеет каждая молекула, или, что в данном случае эквивалентно, какова вероятность найти частицу с очень большой энергией. Но более точно, температура — это параметр распределения Больцмана (или Гиббса) — распределения частиц по состояниям с различной энергией. Это распределение говорит нам, что чем выше температура, тем больше высокоэнергетических молекул относительно числа низкоэнергетических мы имеем.

Растут ли атомы от температуры?

Теперь, собственно, можно перейти к вопросу: а растут ли, например, атомы при росте температуры. Само собой, каждый конкретный атом находится в каком-то квантовом состоянии, поэтому от температуры его размер не зависит, но вот средний размер всех атомов в сосуде с газом от той самой температуры зависеть уже будет.

Представим себе, например, атом водорода: тяжёлый протон, а вокруг него летает электрон. Поскольку протон положительный, а электрон отрицательный, то один притягивает другой по закону Кулона, который выглядит точно так же как ньютоновская гравитация, поэтому в этом смысле атом вполне себе напоминает, например, Солнце и Землю, летающую вокруг него. Только, как говорит нам (далеко не полностью удачная, см. например, тут) атомная модель Бора, в отличие от системы «звезда + планета», электрон летает вокруг ядра только по орбитам определённого радиуса.

Так или иначе, чем больше энергии мы закачиваем в атом водорода, тем более широкая орбита будет доступна электрону для полёта вокруг ядра. Естественно, если мы возьмём один конкретный атом, мы можем узнать его орбиту, и она ничего нам о температуре всех атомов не скажет. Но вот если мы измерим радиусы у множества атомов, а потом усредним полученные величины, то у нас действительно возникнет зависимость от температуры для этого среднего числа. В результате получится что-то типа такой картинки:

Из неё видно, что чтобы начать замечать хоть какие-то изменения в размере электронной оболочки, нужно ооочень сильно нагреть атом (в данном случае до более 10000 градусов). Это в целом общий тренд.

Иными словами,

ответ на вопрос поста: да, при нагревании электронные оболочки атомов (и молекул) в среднем расширяются

. Но, это увеличение очень маленькое, и требует нагрева до очень высоких температур, к которым мы в обыденной жизни не привыкли.

Растут ли молекулы от температуры?

Теперь зададимся вопросом: а что если наша молекула составлена не из одного, а из двух, трёх или более атомов? Можем ли мы что-то сказать о межатомных расстояниях в ней, как ведут они себя при повышении температуры? Для простоты, естественно, ограничимся двухатомными молекулами, кои, в частности, составляют как минимум 98.7 % нашей атмосферы (азот и кислород).

У нас есть один атом, у нас есть второй атом: ммммм, и расстояние между ними, обозначим его как R. Как ведёт себя потенциальная энергия взаимодействия этих атомов в зависимости от R?

• Если мы разведём атомы оооочень далеко друг от друга, то химическая связь между ними давно будет разорвана. Поэтому особой разницы от того, что расстояние мы увеличим от «очень много» до «очень много и ещё чуть-чуть», мы не заметим. Иными словами при R → ∞ у нас должна быть горизонтальная асимптота.
• Если же, наоборот, мы будем пытаться впихнуть один атом в другой (R → 0), то в какой-то момент мы выгоним из пространства между этими атомами все электроны, ибо те не идиоты, чтобы тусоваться в токсичной высокоэнергетической атмосфере, и у нас останутся два голых положительно заряженных ядра, отталкивающиеся друг от друга через Кулоновскую силу. Т.е. при R → 0 у нас будет вертикальная асимптота, стремящая потенциальную энергию взаимодействия атомов в высокоэнергетическую бесконечность.
• Ну и, логично, что не будь какого-то минимума на этой потенциальной кривой между R=0 и R → ∞, то самих молекул о которых мы говорим, не существовало бы.

В итоге мы понимаем, что кривая потенциальной энергии взаимодействия имеет следующий вид:

Атомы в молекуле всегда колеблются, даже при абсолютном нуле, когда никакой лишней энергии не осталось. Из-за принципа неопределённости они не могут просто скатиться в минимальную по энергии точку на потенциале и

сдохнуть

лежать, свернувшись калачиком: им приходится совершать т.н. нулевые колебания. Если же энергия у них выше, то и колеблются они с большей амплитудой. Поэтому возникает вопрос: а как конкретно колеблются атомы?

Если бы слева и справа от точки минимума потенциал был одинаков, как, например, в случае закона Гука, то атомы во время колебаний отклонялись бы в область малых значений межатомных расстояний ровно то же количество времени, сколько и в область больших значений. В этом случае бы среднее значение межатомного расстояния при любой температуре было бы равно значению расстояния в точке минимума. Иными словами, если бы мы взяли газ, и в любой момент времени сфоткали все молекулы, а потом посчитали бы среднее значение для всех расстояний между атомами, то в итоге получили бы расстояние в точке минимума.

Но реальность у нас другая: слева от точки минимума (при R → 0) у молекулы стоит жёсткая стенка, а справа (при R → ∞) — мягкий диван. Вопрос: где будет больше времени проводить молекула: долбиться о стенку, или валяться на диване? Правильно: конечно на диване. Иными словами, распределение расстояний в молекуле, что при абсолютном нуле, что при какой-то температуре, будет несимметричным, поэтому среднее значение расстояний будет сдвинуто в сторону больших расстояний относительно минимального. Мало того, при повышении температуры, т.е. когда мы будем закачивать больше кинетической энергии в систему, увеличивая амплитуду колебаний, молекула будет видеть гораздо более жёсткую стенку, и гораздо более мягкий диван. Поэтому среднее значение межатомных расстояний будет расти с ростом температуры, а значит и средний размер молекул, причём всех, не только двухатомных, будет увеличиваться.

К сожалению, чтобы посчитать этот рост среднего расстояния, потребуется много больше усилий, чем в случае атома водорода. Но можно пойти другим путём, и поискать, а не исследовался ли этот вопрос в экспериментах?

И порывшись на просторах этих наших Интернетов, можно набрести на следующую работу: J. Chem. Phys. 79, 170 (1983). В ней делали эксперимент буквально описанный выше:

• брали кучу молекул углекислого газа (CO₂) и нагревали их до разных температур, в диапазоне температур от комнатной (300 K ≈ 25^oC) до «ай как горячо» (1000 К ≈ 730^oC ),
• при каждой выбранной температуре делали «фотку» всех молекул при помощи электронов (этот метод зовётся газовой электронографией, о нём можно немного почитать здесь),
• ну а дальше буквально измеряли средние значения для межатомных расстояний на каждой фотке.

В результате они, в частности, получили следующую зависимость средней длины двойной связи C=O в молекуле углекислого газа (O=C=O):

Из графика видно, что при нагреве от комнатной температуры до 1000 градусов К это среднее значение выросло почти на 0.004 Å (1 ангстрем, Å, = 10^—10 метров). Конечно, в наших привычных величинах это очень мало, но сама длина связи C=O в этой молекуле составляет 1.2 Å, так что это рост на почти 0.3 %! Вполне себе заметная величина при нагреве, достижимом привычными средствами (например, газовой плитой).

Зачем это вообще знать?

Да хотя бы просто ради любопытства. Разве не прикольно поспорить с коллегой на чашку кофе, что при нагреве контейнера с едой в микроволновке помимо объёма газа увеличится и размер частиц газа? Ну и в практическом смысле это тоже важно. Все эти температурные расширения/уменьшения всяких макроскопических объектов, таких как рельсы, провода линий электропередач, да даже крышки банки под горячей водой, работают ровно по тому же механизму, что и для молекул газа: средние межатомные расстояния увеличиваются, т.к. в систему при увеличении температуры закачивается больше энергии движения частиц. И по-моему, осознание того, что за такими обыденными явлениями стоят такие нетривиальные процессы, вдохновляет на новые подвиги и свершения.

Всех благ, и да пребудет с Вами межатомная сила.

Каждое из этих
утверждений неопровержимо доказано с помощью опытов. Один из таких опытов
позволяет определить размеры молекул. Было замечено, что если капельку масла
объемом 1 мм³ поместить в достаточно большую емкость воды, то
капелька не в состоянии занять площадь поверхности более чем 0,6 м².
Резонно предположить, что толщина слоя масла становится равной толщине
молекулы, когда масло больше не может растекаться. Исходя из этого, можно
определить толщину молекулы.

Итак, мы видим, что
размеры молекул измеряются в нанометрах, то есть в миллиардных долях метра.
Столь малые размеры довольно трудно представить. Для наглядности можем сказать,
что капля воды примерно во столько же раз больше, чем молекула воды, во сколько
раз Земля больше, чем глобус.

Необходимо отметить, что
данные размеры молекул относятся к неорганическим соединениям. Органические
молекулы могут иметь значительно больший размер, поскольку они во много раз
сложнее неорганических.

Но, тем не менее, по
сравнению с макроскопическими телами, размер любой молекулы ничтожно мал.
Как вы понимаете, это говорит о том, что число молекул в любом макроскопическом
теле просто огромно. К примеру, в стакане воды содержится порядка 10²⁴
молекул.

Итак, давайте вернемся к
основным положениям молекулярно-кинетической теории. То, что все тела
состоят из молекул, вы узнали ещё в седьмом классе. Молекулы состоят из
атомов, имеющих еще более маленький размер. В свою очередь, в атомах находятся
их ядра, состоящие из протонов и нейтронов. Вокруг этих ядер вращаются
электроны.

Надо сказать, что имеет
значение не только то, какие частицы составляют тело, но и в каком порядке они
расположены относительно друг друга. Например, уголь и алмаз состоят из
углерода, но свойства имеют самые разные.

Второе положение
молекулярно-кинетической теории говорит нам о том, что все частицы, из
которых состоят тела, находятся в непрерывном движении. Движение это может
быть различным в зависимости от агрегатного состояния вещества. В твердых телах
молекулы жестко связаны друг с другом, но всё же совершают небольшие колебания.
В жидкостях молекулы довольно активно перемещаются, не имея четкого порядка.
Слои жидкости легко могут меняться местами и перемешиваться. В газах же,
молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга и перемещаются с
достаточно большими скоростями (порядка пятисот метров в секунду, при
нормальных условиях).

Ну и, конечно, частицы
внутри тел взаимодействуют. Помимо столкновений, между частицами действуют силы
притяжения и отталкивания. Силы притяжения наблюдаются до тех пор, пока
расстояние между молекулами не меньше размеров самих молекул.

Как только расстояние
между молекулами становится сравнимым с размерами самих молекул, силы
отталкивания значительно возрастают. Эти силы, конечно, имеют
электромагнитную природу. Разумеется, между всеми частицами возникает и
гравитационное взаимодействие. Однако расчеты говорят о том, что гравитационные
силы в данном случае, пренебрежимо малы, по сравнению с электромагнитными.