Изучение новой темы можно начать с рассказа об атомистическом учении Демокрита, прочитать отрывки из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей». Рассказ о броуновском движении твердых частиц в жидкостях и газах желательно сопроводить демонстрацией на модели броуновского движения с проецированием изображения. Предварительно можно продемонстрировать учащимся сам прибор (рис. 56). В нем стальные шарики служат моделями молекул, а резиновая пробка является моделью твердой частицы, подвергающейся беспорядочным ударам молекул. Для приведения молекул в беспорядочное движение вращают ручку 1 прибора. Вращение ручки через зубчатое колесо 2 вызывает удары по стальной пружине 3, а пружина ударяет по молекулам.
Рис. 56
После наблюдения опыта на модели можно показать рисунки траекторий движения броуновских частиц, сделанные по наблюдениям в микроскоп (рис. 57).
Рис. 57
Справедливость представлений древних атомистов о том, что в жидкостях и твердых телах между непроницаемыми атомами могут быть пустоты, можно подтвердить простым опытом по смешиванию воды и спирта в стеклянной трубке длиной около 1 м. В трубку сначала наливают воду примерно до половины высоты, затем тонкой струей доливают спирт до заполнения трубки. Трубку плотно закрывают пробкой и несколько раз переворачивают для перемешивания воды и спирта. После перемешивания объем жидкости в трубке заметно уменьшается, примерно на 4%. Этот результат можно наглядно пояснить еще одним опытом, используя в качестве моделей молекул спирта 100 см3 гороха, а в качестве моделей молекул воды 100 см3 пшена. Заполним прозрачный стакан до половины высоты пшеном, затем сверху насыплем до краев горох (рис. 58). После нескольких переворачиваний стакана пшено заполняет пустые места между горошинами и общий объем смеси заметно уменьшается (рис. 59).
Рис. 58 Рис. 59
Оценка размеров молекул. Простой метод приблизительного определения размеров молекул основан на использовании особых свойств некоторых жидкостей. В опытах было обнаружено, что капли нерастворимой в воде кислоты растекаются по поверхности воды в виде примерно круглых пятен, площадь S каждого пятна пропорциональна объему V капли. Отсюда можно сделать вывод, что толщина пленки во всех опытах одинакова. Вероятно, молекулы кислоты прочно связаны между собой и потому образуют пленку толщиной в одну молекулу. Определив толщину d пленки, можно узнать диаметр молекулы вещества пленки: d = V/S. Для оценки размеров молекул может быть использована стеариновая кислота. Сначала нужно приготовить раствор стеариновой кислоты в бензоле: 1 см3 кислоты в 2000 см3 бензола. Чтобы не расходовать большое количество бензола, такой раствор готовят в два этапа. Сначала 1 см3 стеариновой кислоты растворяют в 50 см3 бензола, затем 1 см3 приготовленного раствора растворяют в 40 см3 бензола. Чтобы тончайшая пленка кислоты была заметной на поверхности воды, поверхность воды покрывают возможно более тонким слоем порошка ликоподия или талька. Этот порошок не сыплют на поверхность воды, а лишь сдувают с ладони очень слабым дуновением. На едва заметный слой порошка на поверхности воды нанести одну или две капли приготовленного раствора кислоты. Из этого раствора бензол быстро испаряется, а кислота растекается по поверхности воды, раздвигая слой порошка. На поверхности воды, покрытой порошком, образуется примерно круглое темное пятно. В проведенном опыте две капли раствора образовали на поверхности воды пленку площадью примерно 100 см2 (рис. 60). В предварительном опыте было установлено, что 50 капель раствора имеют объем 1 см3.
Рис. 60
Найдем объем V стеариновой кислоты в двух каплях раствора. Так как объем одной капли равен 1/50 см3, а в растворе находится 0,0005 доля стеариновой кислоты, в двух каплях раствора объем V кислоты равен:
V = 0,02 · 0,0005 · 2 см3 = 0,00002 см3.
Толщина пленки d равна d= V S = 0,00002 с м 3 100 с м 2 =0,0000002 см . Следовательно, длина молекулы стеариновой кислоты не более двух десятимиллионных долей сантиметра. Задача 25.1. Решение. Если рост человека равен 1 м 80 см, то при увеличении в 10 000 000 раз он стал бы равным 18 000 000 м, или 18 000 км. Это больше диаметра Земли.
