Отличаются ли молекулы холодной воды от молекул горячей воды: Отличаются ли молекулы холодной воды от молекул горячей ,от молекул водяного пара

Чем отличаются молекулы воды

Вода – это бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Данное вещество играет важнейшую роль в геологической истории нашей планеты и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды. Вода может находиться в одном из трех состояний: жидком, твердом (лёд) и газообразном (пар). Чем же отличаются молекулы воды в разных состояниях?

Вода – окись водорода имеет химическую формулу H₂O. Она входит в состав всех живых организмов нашей планеты и составляет свыше 60% от их общей массы. Гидросфера Земли включает в себя все водоемы, океаны, моря, реки, подземные источники и почвенную влагу. Здесь вода присутствует в качестве простейшего химического соединения. В атмосфере вода находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега. В литосфере вода входит в состав некоторых минералов и горных пород. Переход воды из одного агрегатного состояния в другое обусловлен изменением температуры и давления.

Вода — сложное вещество, основной структурной единицей которого является молекула, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Спектрографические исследования показали, что молекула воды имеет строение равнобедренного треугольника, в вершине которого расположен атом кислорода, а в основаниях – атомы водорода. Угол при вершине составляет 104°27, а длина стороны — 0,096 нм. Эти параметры относятся к гипотетическому равновесному состоянию молекулы без ее колебаний и вращений.

В настоящее время существует два научных подхода к изучению структуры воды. Первый был предложен в 19 веке и получил название гидрольной теории. Согласно данной гипотезе, основной строительной единицей водяного пара является молекула H₂O, называемая гидроль, или моногидроль. Основной строительной единицей воды является двойная молекула воды (H₂O)₂—дигидроль; лед же состоит из тройных молекул (H₂O)₃ — тригидроль.

Водяной пар состоит из собрания простейших молекул моногидроля и их ассоциаций, а также из незначительного количества молекул дигидроля. Вода в жидком виде представляет собой смесь молекул моногидроля, дигидроля и тригидроля. Соотношение числа этих молекул в воде различно и зависит от температуры.

Современная гипотеза строения воды основана на представлении, что лед, вода и водяной пар состоят из молекул H₂O, объединенных в группы с помощью водородных связей, возникающих в результате взаимодействия атомов водорода одной молекулы с атомом кислорода соседней молекулы. Плотные водородные связи характерны для воды в замерзшем состоянии, что объясняет ее кристаллическую структуру. Повышение температуры льда до его плавления и выше приводит к разрыву водородных связей и разрушению групп молекул, вплоть до отдельных молекул, что характерно для пара.

Обе гипотезы обосновывают ключевое различие в строении воды в разных состояниях – расположение молекул. Расстояния между молекулами пара в десятки раз больше размеров самих молекул, поэтому притяжение между ними очень слабое. По этой причине водяной пар не имеет собственной формы и постоянного объема. Расстояние между молекулами воды меньше, чем размер самих молекул, поэтому в жидком состоянии сохраняется объем, но изменяется форма вещества. Молекулы льда расположены в определенном порядке, что позволяет веществу сохранять форму и объем.

Выводы:

1. 
   Вода – окись водорода имеет химическую формулу H₂O.
2. 
   Вода может находиться в одном из трех состояний: жидком, твердом (лёд) и газообразном (пар).
3. 
   Согласно гидрольной теории, водяной пар состоит из гидролей, непосредственно вода – из дигидролей, лёд – из тригидролей.
4. 
   Современная гипотеза строения воды основана на представлении, что лед, вода и водяной пар состоят из молекул H₂O, объединенных в группы с помощью водородных связей.
5. 
   Молекулы воды идентичны во всех агрегатных состояниях.
6. 
   Разница свойств воды, пара и льда объясняется расстоянием и силой притяжения между молекулами вещества.  

Самостоятельная работа по физике 7 класс «Строение вещества»

1
вариант

1.     
Выберите верное утверждение:

1.     
Только твердые тела состоят из молекул

2.     
Только жидкости состоят из молекул

3.     
Только газы состоят из молекул

4.     
Все тела состоят из молекул

2.     
Есть ли отличие между молекулами холодной и горячей воды?

1.     
Молекулы холодной воды больше, чем молекулы горячей воды

2.     
Молекулы холодной воды меньше, чем молекулы горячей воды

3.     
Молекулы одинаковы

3.     
Между молекулами в веществе:

1.     
Существует взаимное притяжение и отталкивание

2.     
Не существует ни притяжения, ни отталкивания

3.     
Существует только притяжение

4.     
Существует только отталкивание

4.     
В каких веществах (твердых, жидких, газообразных) происходит диффузия?

1.     
Только в газах

2.     
Только в жидкостях

3.     
Только в твердых телах

4.     
В газах, жидкостях и твердых телах

5.     
Изменится ли скорость движения молекул при повышении температуры
вещества?

1.     
Только в газах

2.     
Только в жидкостях

3.     
Только в твердых телах

4.     
В газах, жидкостях и твердых телах

6.     
Для того, чтобы свежие огурцы быстрее засолились, их заливают горячим
рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?

1.        
Быстро растворяется соль

2.        
Расстояние между молекулами клетчатки огурцов становится больше, и этот
процесс протекает быстрее

3.        
Скорость движения молекул увеличивается, и диффузия протекает быстрее

7.     
В каком состоянии вещества при одинаковой температуре скорость движения
молекул больше?

1.     
В газообразном

2.     
В жидком

3.     
В твердом

4.     
Одинакова во всех состояниях

8.     
Какое из перечисленных свойств принадлежит жидкости?

1.     
Не имеют определенного объема

2.     
Принимают форму сосуда

3.     
Мало сжимаются

4.     
Легко сжимаются

9.     
Изменится ли объем газа, если его перекачать из сосуда вместимостью 1 л
в сосуд 2 л?

1.     
Увеличится в 2 раза

2.     
Уменьшится в 2 раза

3.     
Не изменится

10. Если мячик сначала сжать, а потом отпустить, то
вмятина исчезнет, почему?

1.     
Молекулы воздуха в мяче притягиваются к ее оболочке

2.     
Молекулы воздуха при большом сближении отталкиваются друг от друга

3.     
Оболочка мяча притягиваются к вашей руке

11. Морское
животное — кальмар – при нажатии на него выбрасывает темно-синюю защитную
жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью,
даже в спокойной воде становится прозрачным?

2
вариант

1.     
Все молекулы одного и того вещества

1.     
Не отличаются друг от друга

2.     
Отличаются друг от друга

2.     
Что такое диффузия?

1.     
Явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого

2.     
Явление, при котором вещества смешиваются друг с другом

3.     
Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом

3.     
Отличаются ли молекулы алюминиевой ложки, опущенной в горячий чай, и
ложки, лежащей на столе?

1.     
Нет, молекулы одинаковые

2.     
Молекулы горячей ложки меньше, чем молекулы алюминиевой холодной ложки

3.     
Молекулы холодной ложки меньше, чем молекулы горячей ложки

4.     
Как связаны температура тела и скорость движения молекул?

1.     
Температура тела не зависит от скорости движения молекул

2.     
Чем меньше скорость движения молекул, тем выше температура

3.     
Чем больше скорость движения молекул, тем выше температура

5.     
Почему дым от костра по мере его подъема перестают быть видимым?

1.     
Частички сажи исчезают

2.     
Частички сажи превращаются в другие вещества

3.     
Частички сажи проникают между молекулами воздуха

6.     
Почему не удается заметно уменьшить объем твердого тела, сжимая его?

1.     
Силы отталкивания между молекулами не позволяют их сблизить

2.     
Силы притяжения между молекулами не позволяют изменить расстояние между
ними

7.     
В бутылке находится вода объемом 0,5 л. Ее переливают в колбу
вместимостью 1 л. Изменится ли объем воды?

1.     
Увеличится

2.     
Уменьшиться

3.     
Не изменится

8.     
В каком состоянии может находиться кислород: в твердом, жидком или
газообразном?

1.     
Только в твердом

2.     
Только в газообразном

3.     
Только в жидком

4.     
Во всех состояниях

9.     
Под действием груза резиновый шнур удлинился. Изменилась ли при этом
форма молекул?

10. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в
неподвижном воздухе в жаркий день и зимой в сильный мороз?

1.     
С одинаковой

2.     
Летом быстрее, чем зимой

3.     
Зимой быстрее, чем летом

11. 
Расстояние между молекулами газа и твердого тела при одной и той же
температуре:

1.     
Неодинаковы: промежутки между молекулами газа могут быть и больше, и
меньше, чем между молекулами твердого тела

2.     
Неодинаковы: промежутки между молекулами газа меньше, чем между
молекулами твердого тела

3.     
Одинаковы

«Агрегатные состояния вещества» 7 класс

Тест по теме: «Агрегатные состояния вещества» . 7 класс

1 вариант

1. Выберите верное утверждение:

1. Только твердые тела состоят из молекул

2. Только жидкости состоят из молекул

3. Только газы состоят из молекул

4. Все тела состоят из молекул

1. Есть ли отличие между молекулами холодной и горячей воды?

1. Молекулы холодной воды больше, чем молекулы горячей воды

2. Молекулы холодной воды меньше, чем молекулы горячей воды

3. Молекулы одинаковы

1. Между молекулами в веществе:

1. Существует взаимное притяжение и отталкивание

2. Не существует ни притяжения, ни отталкивания

3. Существует только притяжение

4. Существует только отталкивание

1. В каких веществах (твердых, жидких, газообразных) происходит диффузия?

1. Только в газах

2. Только в жидкостях

3. Только в твердых телах

4. В газах, жидкостях и твердых телах

1. Изменится ли скорость движения молекул при повышении температуры вещества?

1. Только в газах

2. Только в жидкостях

3. Только в твердых телах

4. В газах, жидкостях и твердых телах

1. Для того, чтобы свежие огурцы быстрее засолились, их заливают горячим рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?

1. Быстро растворяется соль

2. Расстояние между молекулами клетчатки огурцов становится больше, и этот процесс протекает быстрее

3. Скорость движения молекул увеличивается, и диффузия протекает быстрее

1. В каком состоянии вещества при одинаковой температуре скорость движения молекул больше?

1. В газообразном

2. В жидком

3. В твердом

4. Одинакова во всех состояниях

1. Какое из перечисленных свойств принадлежит жидкости?

1. Не имеют определенного объема

2. Принимают форму сосуда

3. Мало сжимаются

4. Легко сжимаются

1. Изменится ли объем газа, если его перекачать из сосуда вместимостью 1 л в сосуд 2 л?

1. Увеличится в 2 раза

2. Уменьшится в 2 раза

3. Не изменится

1. В каком состоянии может находиться сталь?

1. Только в твердом

2. Только в жидком

3. Только в газообразном

4. Во всех

1. Если мячик сначала сжать, а потом отпустить, то вмятина исчезнет, почему?

1. Молекулы воздуха в мяче притягиваются к ее оболочке

2. Молекулы воздуха при большом сближении отталкиваются друг от друга

3. Оболочка мяча притягиваются к вашей руке

1. Почему уменьшается длина рельса при его охлаждении?

2. Морское животное — кальмар – при нажатии на него выбрасывает темно-синюю защитную жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью, даже в спокойной воде становится прозрачным?

2 вариант

1. Все молекулы одного и того вещества

1. Не отличаются друг от друга

2. Отличаются друг от друга

1. Что такое диффузия?

1. Явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого

2. Явление, при котором вещества смешиваются друг с другом

3. Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом

1. Отличаются ли молекулы алюминиевой ложки, опущенной в горячий чай, и ложки, лежащей на столе?

1. Нет, одинаковые молекулы

2. Молекулы горячей ложки меньше, чем молекулы алюминиевой холодной ложки

3. Молекулы холодной ложки меньше, чем молекулы горячей ложки

1. Как связаны температура тела и скорость движения молекул?

1. Температура тела не зависит от скорости движения молекул

2. Чем меньше скорость движения молекул, тем выше температура

3. Чем больше скорость движения молекул, тем выше температура

1. Почему дым от костра по мере его подъема перестают быть видимым?

1. Частички сажи исчезают

2. Частички сажи превращаются в другие вещества

3. Частички сажи проникают между молекулами воздуха

1. Почему не удается заметно уменьшить объем твердого тела, сжимая его?

1. Силы отталкивания между молекулами не позволяют их сблизить

2. Силы притяжения между молекулами не позволяют изменить расстояние между ними

1. В бутылке находится вода объемом 0,5 л. Ее переливают в колбу вместимостью 1 л. Изменится ли объем воды?

1. Увеличится

2. Уменьшиться

3. Не изменится

1. В каком состоянии может находиться кислород: в твердом, жидком или газообразном?

1. Только в твердом

2. Только в газообразном

3. Только в жидком

4. Во всех состояниях

1. Под действием груза резиновый шнур удлинился. Изменилась ли при этом форма молекул?

2. Почему на классной доске не пишут куском белого мрамора?

1. Молекулы мрамора не взаимодействуют с доской

2. Между мрамором и доской действуют силы отталкивания

3. Силы притяжения между молекулами мрамора больше, чем между молекулами мрамора и доски

1. Промежутки между молекулами газа и твердого тела при одной и той же температуре:

1. Неодинаковы: промежутки между молекулами газа могут быть и больше, и меньше, чем между молекулами твердого тела

2. Неодинаковы: промежутки между молекулами газа меньше, чем между молекулами твердого тела

3. Одинаковы

1. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в неподвижном воздухе в жаркий день и зимой в сильный мороз?

1. С одинаковой

2. Летом быстрее, чем зимой

3. Зимой быстрее, чем летом

1. Выберите верное утверждение:

1. Твердые вещества сложные, а газы состоят из отдельных частиц

2. Твердые и жидкие вещества сложные, а газы состоят из отдельных частиц, между которые есть промежутки

3. Все вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть промежутки

4. Все вещества сложные

Тест. Температура и тепловое равновесие

Будьте внимательны! У Вас есть 10 минут на прохождение теста. Система оценивания — 5 балльная. Разбалловка теста — 3,4,5 баллов, в зависимости от сложности вопроса. Порядок заданий и вариантов ответов в тесте случайный. С допущенными ошибками и верными ответами можно будет ознакомиться после прохождения теста. Удачи!

Список вопросов теста

Вопрос 1

Чем отличаются молекулы холодной воды от молекул горячей?

Варианты ответов

• ничем
• они имеют разные массы
• они имеют разные размеры
• они различаются цветом

Вопрос 2

Сопоставьте температуры со шкалами термометров.

Варианты ответов

• Температура кипения воды 80 градусов.
• Нормальная температура человеческого тела 36,6 градуса.
• Самая холодная зима в Голландии 1709 года.
• Абсолютный ноль.

Вопрос 3

Выберите правильное (-ые) утверждение (-я):

Варианты ответов

• Действие термометра основано на увеличении скорости движения молекул при увеличении температуры.
• Температура — мера средней кинетической энергии молекул.
• Молекулы и атомы находятся в непрерывном беспорядочном движении, интенсивность которого зависит от температуры вещества.
• Силы взаимодействия между молекулами газа велики.
• Твёрдые тела сохраняют свою форму, но не сохраняют объём.

Вопрос 4

Физическая величина, характеризующая степень нагретости тел.

Вопрос 5

Переведите температуру 45 ^оС в остальные температурные шкалы с точностью до градуса. В строку ответа введите только числа через точку с запятой в таком порядке температурных шкал: Фаренгейт; Реомюр; Кельвин; Ньютон (например, 1; 2; 3; 4).

Вопрос 6

В чем состоит основное отличие температуры от остальных макропараметров тела?

Варианты ответов

• Температура связана со средней кинетической энергией молекул.
• Температура не может быть строго определена.
• Температура описывает внутреннее состояние тела.
• Температура не зависит от других макропараметров.

Вопрос 7

Температура тела равна 100 К. Каково значение температуры в ^оС? В ответ введите только число. Если получается отрицательное число, то знак минус от числа пробелом не отбивается.

Вопрос 8

Средняя кинетическая энергия молекул тела равна 6 · 10^-21 Дж. Какова температура этого тела с точностью до кельвина? В ответ запишите только число.

Вопрос 9

Абсолютный ноль — это…

Варианты ответов

• Самая низкая температура в природе.
• Температура, равная 0 оС.
• Температура, при которой тепловое движение прекращается.
• Самая низкая температура, зарегистрированная на Земле.

Вопрос 10

Идеальная газовая шкала температур — это

Варианты ответов

• температурная шкала, основанная на изменении давления разреженного газа при постоянном объёме.
• температурная шкала, основанная на изменении объёма газа при постоянном давлении.
• температурная шкала, в которой температура тела здорового человека равна 98 градусам.
• температурная шкала, в которой за ноль градусов принята температура самой холодной зимы 1709 года в Голландии.

Тест по физике Строение вещества. Диффузия 9 класс

Тест по физике Строение вещества. Диффузия. Вычисление физических величин с использованием больших и малых чисел 9 класс с ответами. Тест включает 2 варианта. В каждом варианте 3 части. В части А — 6 заданий, в части В — 2 задания, в части С — 2 задания.

Вариант 1

Часть А

A1. Воздух состоит из молекул различных газов, движущихся беспорядочно. Что происходит при столкновении этих молекул?

1) соединение молекул
2) разрушение молекул
3) превращение одних молекул в другие
4) изменение скорости и направления движения молекул

А2. В стакан воды упала капля краски. Через некоторое время вся вода окрасилась. Какое явление стало этому причиной?

1) испарение
2) конденсация
3) диффузия
4) кипение

А3. Как взаимодействуют между собой молекулы вещества?

1) притягиваются
2) отталкиваются
3) притягиваются и отталкиваются
4) не взаимодействуют

А4. Что происходит с молекулами при нагревании тела?

1) движутся медленнее
2) движутся быстрее
3) останавливаются
4) ничего не происходит

A5. Под действием груза резиновый шнур удлинился. Изменились ли при этом промежутки между молекулами шнура?

1) не изменились
2) изменились размеры молекул
3) промежутки увеличились
4) промежутки уменьшились

А6. В веществе молекулы непрерывно движутся и сталки­ваются друг с другом. Изменяются ли со временем разме­ры и формы молекул, уменьшаются ли их массы?

1) нет, молекулы не изменяются
2) со временем масса молекул уменьшается, но не на­много
3) размеры молекул практически не изменяются, но их формы приближаются к шарообразным
4) да, молекулы изменяются

Часть В

В1. Чтобы определить диаметр проволоки, ученик намо­тал на карандаш 60 витков, которые заняли часть каран­даша длиной 60 мм. Чему равен диаметр проволоки?

В2. Капля масла объемом 0,003 мм³ растеклась по поверх­ности воды тонким слоем и заняла площадь 300 см². При­нимая толщину слоя равной диаметру молекулы масла, определите этот диаметр.

Часть С

C1. Ученые подсчитали, что на корне пшеницы имеет­ся 10 000 000 волосков, помогающих растению получать из почвы питательные вещества. Какова общая длина этих волосков и какова площадь поперечного сечения волос­ка, если средняя его длина 2 мм, а общий объем волосков
на корне 1,5 см³?

С2. Какой длины получился бы ряд из плотно уложенных друг к другу своими гранями кубиков объемом 1 мм³ каж­дый, взятых в таком количестве, сколько их содержится в 1 м³?

Вариант 2

Часть А

A1. В каких телах при одной и той же температуре диффузия происходит быстрее?

1) в газах
2) в жидкостях
3) в твердых телах
4) в газах и жидкостях

А2. Твердое тело можно разломить на множество кусоч­ков, так как:

1) между молекулами действуют силы отталкивания
2) молекулы движутся
3) между молекулами действуют силы притяжения
4) тела состоят из молекул, разделенных промежутками

А3. Отличаются ли молекулы холодной воды от молекул горячей воды и от молекул водяного пара?

1) отличаются размерами
2) отличаются составом молекул
3) отличаются количеством
4) не отличаются

А4. Отличаются ли при одинаковой температуре про­межутки между молекулами в твердых телах, жидкостях и газах?

1) в газах промежутки больше, чем в жидкостях и твердых телах
2) в твердых телах промежутки больше, чем в газах
3) в твердых телах промежутки больше, чем в жидкостях
4) не отличаются

А5. Молекулы газа движутся со скоростями порядка нескольких сот метров в секунду. Почему запах пролитого бензина не распространяется в воздухе мгновенно?

1) молекулы, сталкиваясь друг с другом, меняют траек­торию своего движения
2) молекулы испытывают сопротивление
3) молекулы замедляют свою скорость
4) молекулы разлетаются в разные стороны

А6. В веществе атомы непрерывно движутся и сталкива­ются друг с другом. Изменяются ли со временем размеры и формы атомов, уменьшаются ли их массы?

1) нет, атомы не изменяются
2) со временем массы атомов уменьшаются, но не на­много
3) размеры атомов практически не изменяются, но их формы приближаются к шарообразным
4) да, атомы изменяются

Часть В

B1. На фотоснимке видимый диаметр молекулы ве­щества равен 0,5 мм. Каков действительный диаметр молекулы этого вещества, если фотоснимок получен с помощью электронного микроскопа, увеличивающего в 200 000 раз?

В2. За сутки молодой бамбук может вырасти на 86,4 см. На сколько он вырастет за 1 с?

Часть С

C1. Сколько потребуется времени для того, чтобы уло­жить кубики объемом 1 мм³, взятые в таком количестве, сколько их содержится в 1 м³, если на укладку одного ку­бика затрачивается 1 с?

С2. Когда металлический шар, площадь поверхности которого равна 100 см², покрыли тонким слоем хрома, то масса его увеличилась на 36 мг. Какой толщины слой хрома нанесли на шар, если известно, что масса хрома объемом 1 см³ равна 7,2 г?

Ответы на тест по физике Строение вещества. Диффузия. Вычисление физических величин с использованием больших и малых чисел 9 класс
Вариант 1
А1-4
А2-3
А3-3
А4-2
А5-3
А6-1
В1. 1 мм
В2. 10⁻⁸ мм
С1. 20 км, 0,000075 мм²
С2. 1000 км
Вариант 2
А1-1
А2-1
А3-4
А4-1
А5-1
А6-1
В1. 2,5 ⋅ 10⁻⁶ мм
В2. На 0,01 мм
С1. 31,7 года
С2. 0,0005 мм

Информация для учеников. Система заданий.

Строение вещества

1.А. Объём воздуха в сосуде можно уменьшить путем сжатия. На что это указывает?

2.А. Газы легко сжимаются. Можно ли газ сжать до сколь угодно малого объёма?

3.А. Капля нефти растекается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Какой может быть наименьшая толщина такой пленки?

4.А. Лед и вода находятся при температуре 0 . Что можно сказать о расстояниях между молекулами?

5.А. Отличаются ли молекулы холодной воды от молекул теплой и горячей воды? От молекул льда?

6.А. Отличаются ли при одинаковой температуре промежутки между молекулами какого-либо вещества, находящегося в твердом, жидком и газообразном состоянии?

7.А. Приведите пример опыта, подтверждающего, что вещество состоит из молекул, разделенных промежутками.

8.А. Если в стоящий на столе стакан, наполненный до краев чаем, высыпать осторожно полную чайную ложку сахарного песка, то чай не перельется через край стакана. Что доказывает этот опыт?

9.А. Почему стальной шарик, свободно проходящий через кольцо, после нагревания застревает в кольце?

10.А. В толстостенном стальном цилиндре сжимают масло. При большом давлении капельки масла выступают на внешних стенках цилиндра. Чем это можно объяснить?

Движение молекул и температура тела

1.А. Почему аромат цветов чувствуется на расстоянии?

2.А. Какие опытные факты свидетельствуют о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, невидимых невооруженным глазом?

3.А. В старинной книге перед страницами с рисунками подклеены листы тонкой прозрачной бумаги. Почему на сторонах этой бумаги, соприкасающихся с рисунками, со временем появились отпечатки этих рисунков?

4.А. На каком явлении основана засолка овощей, рыбы и других продуктов? Объясните, как это происходит.

5.А. На каком явлении основано вымачивание соленой сельди? Объясните, как происходит переход соли из сельди в воду.

6.А. Почему дым от костра по мере его подъема перестает быть видимым даже в безветренную погоду?

7.А. Почему в газах и жидкостях диффузия протекает значительно быстрее, чем в твердых телах?

8.А. Как можно ускорить диффузию в твердых телах?

9.А. В воде рек, озер и других водоемов всегда содержаться молекулы газов, входящих в состав воздуха. Благодаря какому явлению попадают эти молекулы в воду? Почему они проникают до дна водоема?

10.А. В какой воде – горячей или холодной – надо замочить горох для варки супа, чтобы он разбух скорее?

Взаимодействие молекул

1.А. Молекулы твердых тел и жидкостей находятся в беспорядочном движении. Почему же твердые тела и жидкости не распадаются сами собой на отдельные молекулы?

2.А. Почему разломанный карандаш мы не можем соединить так, чтобы он стал целым?

3.А. Почему после дождя пыль на дороге не поднимается?

4.А. Почему для разделения листов бумаги, смоченных водой, требуется значительно больше усилие, чем при перелистывании сухих страниц книги?

5.А. Сожмите пальцами кусок резины (ластик) и затем отпустите. Почему резина приняла прежнюю форму и размеры?

6.А. У каких веществ (свинец, воск, сталь) притяжение между частицами наибольшее; наименьшее?

7.А. Какие явления указывают на то, что молекулы не только притягиваются друг к другу, но и отталкиваются?

8.А. В каком состоянии – твердом или жидком – притяжение между молекулами свинца больше?

9.А. Ножовочное полотно изогнули в дугу. Что произошло с молекулами на внешней и внутренней поверхности полотна?

10.А. Возьмите любой мяч. Нажмите на него пальцами и отпустите. Почему исчезла вмятина?

Три состояния вещества

1.А. Тело сохраняет свой объем, но меняет форму. В каком состоянии находится вещество, из которого состоит тело?

2.А. Летним вечером над болотом образовался туман. Какое это состояние воды?

3.А. Тело сохраняет свой объем и форму. В каком состоянии находится вещество, из которого изготовлено это тело?

4.А. В каком состоянии при комнатной температуре находятся следующие вещества: вода, сахар, воздух, олово, спирт, лед, кислород, алюминий, азот, молоко. Ответы запишите в таблицу.

5.А. Могут ли быть в жидком состоянии кислород, азот? При каких условиях?

6.А. Может ли медь быть жидкой, а ртуть твердой? При каких условиях?

7.А. В зимний морозный день над полыньей в реке образовался туман. Какое это состояние воды?

8.А. Могут ли быть в газообразном состоянии железо, свинец? При каких условиях?

9.А. Укажите, какие из перечисленных веществ находятся при комнатной температуре в твердом, жидком или газообразном состоянии: ртуть, воск, бензин, уголь, соль, свинец, лед, эфир, стекло, нефть.

10.А. В помещениях, где пользуются эфиром, всегда чувствуется его запах. В каких агрегатных состояниях находится эфир в стеклянном пузырьке и окружающем пространстве?

Механическое движение

1.А. В движущемся вагоне пассажирского поезда на столе лежит книга. В покое или движении находится книга относительно стола, рельсов, пола вагона, телеграфных столбов?

2.А. Автомобиль и комбайн движутся прямолинейно, так что некоторое время расстояние между ними не меняется. Укажите, относительно каких тел каждый из них находится в покое и относительно каких тел они в течение этого промежутка времени движутся?

3.А. Какие части велосипеда при прямолинейном движении описывают прямоугольные траектории относительно дороги, а какие криволинейные?

4.А. Одинаковые ли пути проходят левые и правые колеса автомобиля при повороте?

5.А. Сидящий на вращающейся карусели видит, что относительно нее он неподвижен, а окружающие его предметы и земля движутся. Что является в данном случае телом отсчета?

6.А. Буксир по реке толкает баржу. Относительно каких тел меняется положение буксира? Относительно какого тела его положение не меняется?

7.А. Группа самолетов одновременно выполняет фигуру высшего пилотажа, сохраняя заданный строй. Что можно сказать о движении самолетов друг относительно друга?

8.А. Домик полярников с дрейфующей льдиной за первые сутки переместился на 5 км, за вторые сутки – на 5 км, за третьи сутки – на 5 км и т.д. Можно ли считать такое движение равномерным?

9.А. Летчик-спортсмен сумел посадить самолет на крышу легкового автомобиля. При каком физическом условии это возможно?

10.А. Какие из перечисленных тел движутся равномерно: молоток; стрелка часов; эскалатор метрополитена; поезд, отходящий от станции; лента конвейера; лента магнитофона при записи или воспроизведении звука?

Инертность тел

1.А. Куда и почему наклоняются пассажиры относительно автобуса, когда он резко трогается с места, тормозит, поворачивает налево?

2.А. Почему опасно переходит дорогу перед близко идущим транспортом?

3.А. Почему капли дождя при резком встряхивании слетают с одежды?

4.А. Почему велосипедист, приближаясь к подъему дороги, увеличивает скорость движения?

5.А. Всадник быстро скачет на лошади. Что будет с всадником, если лошадь споткнется?

6.А. Почему при необходимости внезапной остановки мотоцикла тормозят обоими колесами? Что может случиться и почему, если затормозить только передним колесом?

7.А. Мяч, спокойно лежавший на столе вагона при равномерном движении поезда, покатился вперед по направлению движения поезда. Какое изменение произошло в движении поезда?

8.А. Почему после выключения двигателя сверлильного станка патрон продолжает вращаться?

9.А. В какую сторону падает споткнувшийся человек? Поскользнувшийся человек? Почему?

10.А. Почему при поворотах шофер снижает скорость движения машины?

Взаимодействие тел. Масса тела

1.А. На столе лежит книга. С какими телами она взаимодействует? Почему книга находится в покое?

2.А. Взаимодействием каких тел обусловливается движение облаков; стрелы, выпущенной из лука; снаряда внутри пушки при выстреле; вращение крыльев ветряного двигателя?

3.А. Почему пожарному трудно удерживать брандспойт, из которого бьет вода?

4.А. Влияет ли на скорость движущегося танка выстрел, произведенный из башенного орудия в направлении движения танка?

5.А. Мальчик прыгает с нагруженной баржи на берег. Почему движение баржи в сторону, противоположную прыжку, незаметно?

6.А. В некоторых парках на детских площадках для игр устанавливают деревянные цилиндры (барабаны), вращающиеся на горизонтальной оси. В каком направлении и почему вращается цилиндр, когда по нему бежит ребенок?

7.А. Рыба может двигаться вперед, отбрасывая жабрами струи воды. Объясните это явление.

8.А. Приведите 3 – 5 названий тел, в результате взаимодействия с которыми мяч может прийти в движение или изменить направление своего движения?

9.А. Вы забиваете гвоздь в стену. Какие тела взаимодействуют при этом?

10.А. Укажите, какие тела взаимодействуют при движении спортсмена на байдарке.

Плотность

1. Два бруска из свинца и из алюминия имеют одинаковый объем. Какой из брусков обладает большей массой и во сколько раз, если плотность свинца равна 11,4 г/, а плотность алюминия равна 2,7 г/?
2. Во сколько раз масса гелия объемом 1  больше массы водорода того же объема, если плотность гелия – 0,18 кг/, а плотность водорода – 0,09 кг/?
3. Кусок металла массой 474,5 г имеет объем 65 . По таблице плотностей определите, что это за металл.
4. На сколько изменилась масса топливного бака с бензином, когда в него долили бензин, объем которого равен 200л? Плотность бензина – 710 кг/.
5. Самое легкое дерево – бальза. Масса его древесины объемом 100  равна 12 г. Вычислите плотность древесины бальза.
6. Из какого металла изготовлена втулка подшипника, если ее масса 3,9 кг, а объем 500  (смотри таблицу плотностей).
7. Точильный брусок, масса которого 300 г, имеет размеры 15 × 5 × 2 см. Определите плотность вещества, из которого он сделан.
8. Масса бруска олова размером 30 × 10 × 10 см равна 21,9 кг. Определите плотность олова.
9. Картофелина массой 59 г имеет объем 50 . Определите плотность картофеля.
10. Подсолнечное масло объемом 1 л имеет массу 920 г. Найдите плотность масла. Выразите ее в килограммах на кубический метр.

Явление тяготения. Сила тяжести

1. Почему в гору везти санки тяжелее, чем с горы?
2. Какая сила вызывает падение на Землю града, образовавшегося в облаках?
3. Почему по лестнице здания подниматься труднее, чем идти по коридору?
4. Почему наблюдаются приливы и отливы в морях и океанах на Земле?
5. Почему в горах иногда происходят камнепады, сели, оползни, снежные лавины?
6. Почему жидкость можно переливать из сосуда в сосуд?
7. Какая сила удерживает тела на поверхности Земли?
8. Почему камень, брошенный в горизонтальном направлении, не летит прямолинейно?
9. Какую силу называют силой тяжести?
10. Как зависит сила тяжести от массы тела?

Сила упругости. Вес тела

1. Какая сила возникнет в стальной пружине при изменении ее формы?
2. Одинаково ли одно и то же тело растягивает пружину динамометра на Земле и на Луне? Ответ объясните.
3. Люстра, подвешенная к потолку зала, притягивается землей. Почему же люстра не падает вниз? Какая сила препятствует падению люстры?
4. Какие силы действуют на силомер, сжатый рукой человека?
5. Что называют весом тела?
6. В чем отличие веса тела от силы тяжести, действующей на тело? На какие тела действует каждая сила?
7. Под действием какой силы вылетает шарик из детского пружинного пистолета?
8. Под действием какой силы выпрямляется доска-трамплин после прыжка спортсмена с вышки в воду?
9. Для занятий акробатикой применяется батут – упругая сетка, укрепленная в горизонтальном положении. Под действием какой силы батут принимает первоначальное положение после прыжка спортсмена-акробата верх?
10. Почему пружины для динамометров изготавливают из стали, а не из меди или свинца?

Сложение сил. Равнодействующая сила

1. Изобразите графически силу, направленную вертикально вниз, модуль которой 50 Н. Масштаб: 1 клеточка – 10Н.
2. На нити подвешен груз массой 5 кг. Изобразите графически силы, действующие на груз. Масштаб: 1 см – 10 Н.
3. Изобразите графически две силы – 5 кН и 2 кН, приложенные к одной точке тела, действующие под углом  друг к другу в масштабе: 1 см – 1 кН.
4. Трактор К-700 при работе может развивать силу тяги до 60000 Н. Изобразите эту силу графически в масштабе 1 см – 10 кН.
5. На тросе подъемного крана висит контейнер с грузом массой 2,5 т. изобразите графически в выбранном вами масштабе силы, действующие на контейнер.
6. Капля дождя равномерно движется вниз. Какие силы действуют на каплю? Изобразите эти силы графически.
7. Замените силу 0,7 кН двумя силами, действующими по одной прямой, но в противоположных направлениях, так, чтобы меньшая из этих сил была равна 0,3 кН. Сделайте чертеж в масштабе: 1 клеточка – 0,1 кН.
8. Изобразите графически силу, направленную вертикально вверх, модуль которой равен 7 Н (масштаб: 1 см – 1Н)
9. Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к телу в точке А?

                                             О                                           

                                             А

10. Замените силу 0,12 кН двумя одинаково направленными силами, вызывающими такое же суммарное действие, одна из которых равна 400 Н. сделайте чертеж в масштабе: 1 см – 100 Н.

Тест по физике 7 класс

Тест для учащихся 7 классов по физике (I
полугодие)

Вариант 1

1. Что является основной единицей времени в Международной
системе единиц?

А. Сутки; Б. Минута; В. Часы; Г. Секунда; Д. Год.

2. Сколько миллиграммов в одном грамме?

А. 10; Б. 100; В. 1000; Г. 0.01; Д. 0,001.

3. Выберите верное утверждение:

А. Только твердые тела состоят из молекул; Б. Только жидкости
состоят из молекул;

В. Только газы состоят из молекул; Г. Все тела состоят из
молекул.

4.Есть ли отличия между молекулами холодной и горячей воды?

А. Молекулы холодной воды больше, чем молекулы горячей воды;

Б. Молекулы холодной воды меньше, чем молекулы горячей воды;

В. Молекулы одинаковы.

5. Изменение положения тела относительно других тел с течением
времени называют:

А. Пройденным путем; Б. Траекторией; В. Механическим движением.

6. Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 108000км/ч.
Выразите эту скорость в м/с.

А. 30000м/с; Б. 1800000м/с; В. 108м/с; Г. 180м/с; Д. 30м/с.

7. Поезд движется со скоростью 60км/ч. Какое расстояние он
пройдет за 1,5ч?

А. 120км; Б. 80км; В. 90 км; Г. 150 км.

8.Какое из приведенных ниже выражений используется для
вычисления плотности тела?

А. ρ∙V; Б. m/ρ; В. m/V; Г. V/m.

9. Плотность бетона 2200кг/м³. Это означает, что:

А. 2200кг бетона имеют объем 1м³; Б. 2200кг бетона
имеют объем 2200м³;

В. 1 кг бетона имеет объем 2200кг/м³ .

10. Цистерна вместимостью 20 м³ наполнена керосином,
масса которого 16000 кг. Вычислите плотность.

А. 320000 кг/м³; Б. 800 кг/м³; В. 0,05
кг/м³; Г. 320 кг/м³.

11. Весом тела называют силу, с которой:

А. Тело притягивается к Земле; Б. Тело действует на другое тело,
вызывающее деформацию;

В. Тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или
подвес.

12. Масса тела измеряется в…

А. Н; Б. м³; В. кг.

13. Сила упругости возникает в результате…

А. Нагревания тела; Б. Деформации тела; В. Перемещения тела.

14. Как взаимодействуют молекулы вещества?

А. Только отталкиваются; Б. Только притягиваются; В.
Притягиваются и отталкиваются.

15. Установите соответствия:

Тест для учащихся 7 классов по физике (I полугодие)

Вариант 2

1. Что является основной единицей длины в Международной
системе единиц?

А. Сантиметр; Б. Дециметр; В. Метр; 4. Километр.

2. Сколько граммов в одном килограмме?

А. 10; Б. 100; В. 1000; Г. 10000.

3. Что такое диффузия?

А. Явление проникновения молекул одного вещества между
промежутками молекулами другого;

Б. Явление, при котором вещества не смешиваются друг с
другом;

В. Движение частиц, находящихся во взвешенном состоянии в
жидкости или газе.

4. Отличаются ли молекулы водяного пара от молекул льда?

А. Отличаются формой; Б. Молекулы пара больше молекул льда;

В. Молекулы пара меньше молекул льда; Г. Не отличаются

5. Что называют пройденным путем?

А. Расстояние между начальным и конечным положениями тела;

Б. Длину траектории, по которой движется тело в течение
некоторого промежутка времени;

В. Изменение с течением времени положения тела относительно
других тел.

6. Велосипедист за 10 мин проехал 3 км. С какой скоростью
двигался велосипедист?

А. 30м/с; Б. 5 м/с; В. 0,5 м/с; Г. 3м/с; Д. 50 м/с.

7. Как называют явление сохранения скорости тела при
отсутствии действия на него других тел?

А. Механическим движением; Б. Инерцией; В. Диффузией.

8. Плотность льда 900 кг/м³. Это означает, что:

А. В объеме 1м³ содержится лед массой 900кг;

Б. Лед массой 1 кг занимает объем 900 м³;

В. Лед массой 900 кг занимает объем 900 м³.

9. Какое из приведенных ниже выражений используется для
вычисления плотности тела?

А. ρ∙V; Б. m/ρ; В. m/V; Г. V/m.

10. В бутылке объемом 0,5 м³ содержится спирт
массой 400кг. Какова плотность спирта?

А. 200 кг/м³; Б. 1250 кг/м³; В. 0,8
кг/м³; Г. 800 кг/м³; Д. 20
кг/м³.

11. Камень падает на Землю вследствие того, что на него
действует:

А. Вес тела; Б. Сила упругости; В. Сила тяжести.

12. Сила измеряется в…

А. Метрах; Б. Килограммах; В. Ньютонах.

13. Скорость тела изменяется в результате…

А. Нагревания; Б. Взаимодействия с другим телом; В.
Изменения формы тела.

14. Мельчайшей частицей вещества является…

А. Пылинка; Б. Молекула; В. Капелька.

15. Установите соответствия:

Ключ к тесту по физике за 1 полугодие в 7
классе

Б-2

Вариант 2

в

в

а

г

б

б

б

а

в

г

в

в

б

б

А-1

Б-2

молекул в движении | Глава 1: Вещество — твердые тела, жидкости и газы

Liberty Science Center :: Горячие и холодные: молекулы в движении

23 июля, 2020

Время занятий : 10 минут
Рекомендуемые классы : Pre-K — 4 с участием родителей; класс 5 и выше с разрешением родителей
Цель: В этом эксперименте исследуйте, насколько более горячие предметы имеют более быстрые частицы, а частицы более холодных предметов движутся медленнее.

• 2 прозрачных стакана или банки — не менее 6 унций
• Пищевой краситель (в идеале двухцветный)
• Вода
• Микроволновая печь или чайник

1. Наполните один стакан холодной водой, охлажденной в холодильнике или морозильнике.
2. Наполните другой стакан горячей водой. Нагрейте в микроволновой печи или чайнике, но следите за тем, чтобы он не стал слишком горячим!
3. Поставьте бокалы бок о бок.
4. Одновременно добавьте три капли одного цвета в горячее стекло и три капли другого цвета в холодное стекло.
5. Не перемешивать! Наблюдайте, как цвет движется и распределяется в каждом стакане. Что ты видишь?

Вы должны заметить, что пищевой краситель в теплой воде распространяется быстрее, чем пищевой краситель в холодной воде. Если вы этого не заметили, попробуйте сделать холодную воду немного холоднее, а теплую — немного теплее. Также убедитесь, что вы добавляете пищевой краситель в каждый стакан одновременно.

Вода состоит из молекул (два атома водорода и один атом кислорода, соединенные вместе).Молекулы в жидкости обладают достаточной энергией, чтобы двигаться и проходить друг через друга. Вот почему вода может течь и принимать форму стакана, в который вы ее наливаете. Молекулы в твердых телах, таких как лед, не обладают достаточной энергией, чтобы двигаться очень сильно, поэтому твердое тело сохраняет свою форму. Молекулы в газе обладают большой энергией и разлетаются даже больше, чем молекулы в жидкости.

Теплая вода имеет больше энергии, чем холодная вода, а это означает, что молекулы в теплой воде движутся быстрее, чем молекулы в холодной воде.Пищевой краситель, который вы добавляете в воду, перемещается молекулами воды. Поскольку молекулы в теплой воде перемещаются быстрее, пищевой краситель распространяется в теплой воде быстрее, чем в холодной.

Почему горячая вода менее плотная, чем холодная?

Горячая и холодная вода являются жидкими формами h3O, но они имеют разную плотность из-за воздействия тепла на молекулы воды. Хотя разница в плотности небольшая, она оказывает значительное влияние на природные явления, такие как океанические течения, где теплые течения имеют тенденцию подниматься над холодными.

Плотность воды

Холодная вода всегда плотнее теплой; изменение плотности составляет около 4 десятых процента от температуры, близкой к нулю, до 30 градусов по Цельсию (86 градусов по Фаренгейту). Хотя разница небольшая, она позволяет теплой воде «плавать» над холодной водой — явление, которое каждый день происходит в Мировом океане.

Плотность теплой воды

Причина, по которой теплая вода менее плотная, чем холодная, заключается в самом тепле. Когда тепло подводится к воде (от источника, такого как Солнце), ее молекулы возбуждаются энергией.Они начинают двигаться быстрее, поэтому, когда они натыкаются друг на друга, они отскакивают дальше. Увеличенное пространство между быстро движущимися молекулами снижает плотность.

Плотность холодной воды

Холодная вода имеет большую плотность, чем горячая, потому что ее молекулы воды более медленные; вибрации и движения медленнее и менее энергичны. Молекулы меньше отскакивают и толкают друг друга, поэтому больше может поместиться вместе в меньшем пространстве. Поскольку они упакованы более плотно, плотность воды больше.

Конвекция воды

Поскольку теплая вода менее плотная, когда теплая и холодная встречаются, теплая вода поднимается вверх; ученые называют это «конвекцией». Этот процесс иногда создает цикл, в котором вода на поверхности озера нагревается в течение дня, затем охлаждается и опускается вниз ночью, создавая медленную непрерывную циркуляцию из глубины к поверхности и обратно.

Океанские течения

Масса теплой воды поднимается над холодной водой в мировом океане.При наличии течений теплая тропическая вода движется к полюсам, как конвейерная лента, с холодной водой под ней. Разделение температур называется термоклимом. Гольфстрим является примером этого явления, и этот цикл подъема теплой тропической воды также влияет на климат на больших географических территориях. В Лондоне, например, не так холодно, как в Калгари, хотя он и находится на той же широте, потому что здесь течет Гольфстрим. Однако океанская вода не всегда движется мирно.Иногда, когда горячая и холодная вода (и воздушные массы) встречаются, результатом становится шторм или даже ураган.

Разница между горячими и холодными молекулами

Обновлено 30 марта 2020 г.

Кевин Бек

Рецензент: Lana Bandoim, B.S.

Каждый чувствует разницу между «горячим» и «холодным», по крайней мере, в относительной шкале, такой как температура. Если вы поместите литр воды, стоявшей на прилавке комнатной температуры, в нормально работающий холодильник, он станет холоднее.Если вы вместо этого поместите его в микроволновую печь с высокой температурой на три минуты, она станет теплее.

Поскольку «горячие» и «холодные» являются субъективными терминами и могут означать разные вещи для разных людей в разное время, ученым и другим лицам необходима объективная шкала, чтобы точно описать «жаркость» и «холод» в числовой шкале. Эта шкала, конечно же, представляет собой температуру, наиболее распространенными единицами которой во всем мире являются кельвин (K), градусы Цельсия (° C) и градусы Фаренгейта (° F).

Температура , в свою очередь, не является единицей измерения «тепла», которое имеет единицы энергии и является передаваемой величиной в физической науке.Температура — это мера средней кинетической энергии молекул в веществе; движение этих молекул генерирует тепло. Если вы все еще в замешательстве, не беспокойтесь. Ты только разогреваешься!

Что такое тепло и откуда оно берется?

Тепло можно представить как общее количество энергии, возникающее в результате молекулярного движения вещества. Тепло можно представить как «текущее» из мест, где его много, в места, где его относительно мало, точно так же, как вода течет вниз под действием силы тяжести, а молекулы имеют тенденцию перемещаться из областей с более высокой концентрацией (плотностью частиц) в области более низкой концентрации.

Теплота обычно выражается в джоулях (Дж), единицах энергии в системе СИ или международной системе. Это равно 4,18 калорий, (кал), количеству тепла, необходимому для повышения температуры 1 грамма (1 г) воды (H ₂ O) на 1 градус Цельсия (° C). («Калорийность» на этикетках продуктов питания на самом деле равна килокалории (ккал), или 1000 кал.

Нагревание вещества заставляет частицы в нем ускоряться; охлаждающее вещество заставляет частицы замедляться. В конце концов, это приводит не только к большему количеству калорий. (или меньше) тепла и более высоких (или более низких) температур, но с фазовыми изменениями, о которых вы вскоре прочитаете.

Определения движения частиц

Температура — теоретически безграничная величина на верхнем уровне, но ее значение не может быть ниже 0 K, что равно температуре, известной как абсолютный ноль. Отрицательные значения невозможны, потому что молекулы и атомы не могут иметь «отрицательного движения». Они могут просто полностью перестать вибрировать и, как следствие, не выделять тепло.

Средняя кинетическая энергия молекул в образце, будь то твердый, жидкий или газовый, используется для определения температуры, поскольку это значение стабильно при данной температуре.

Индивидуальное значение кинетической энергии данной молекулы будет меняться со временем, особенно при высоких температурах. Поскольку обычно оцениваются миллионы частиц, среднее значение этих значений энергии остается неизменным, если условия эксперимента не нарушаются (например, для газа, давления, объема и количества частиц в образце).

Состояния вещества, тепла и температуры

Состояния или фаз вещества соответствуют кинетической энергии молекул в веществе.

Материя в твердом состоянии имеет «более холодные молекулы», чем то же самое вещество, нагретое достаточно, чтобы расплавить его или сделать его жидким. (Жидкость становится твердой из-за того, что она охлаждается и теряет тепло, называется замерзанием.) Жидкость принимает форму своего сосуда, сохраняя при этом свой объем, поэтому молекулы могут скользить мимо друг друга, но очень немногие из них могут «уйти» в окружающую атмосферу.

Материя в газообразном состоянии или газообразном состоянии имеет наивысшую кинетическую энергию и самые «горячие» частицы в фазах своего существования.Отдельные частицы не являются смежными, а вместо этого могут отскакивать друг от друга и от стенок контейнера, который легко заполняется газом, при этом его частицы равномерно распределены по контейнеру, но все еще находятся в движении.

: ChemViews Magazine :: ChemistryViews

Как горячая вода замерзает быстрее холодной?

Вода хорошо известна как аномальный материал. В его физических и химических свойствах, упомянутых в учебниках, есть множество особенностей: противоречащие тенденциям точки кипения и замерзания, тот факт, что он расширяется при замерзании, и его относительно высокая вязкость по сравнению с другими жидкостями, которые должны быть похожими.Большая часть объяснения этих ошибочных явлений заключается в существовании водородных связей между предельными положительными зарядами на атомах водорода и неподеленными парами электронов на атомах кислорода в молекулах воды, которые взаимодействуют друг с другом.

Однако одно наблюдение осталось загадочным. В 1963 году Эрасто Батоломео Мпемба заметил в воде нечто необычное. На самом деле Мпемба наблюдал за смесью мороженого, которое было горячим из кулинарного класса и заморожено до того, как смесь была холодной.Эффект, экспериментально отмеченный Мпембой, который в то время был 13-летним школьником, заключался в том, что теплая вода замерзает быстрее, чем холодная? Было ли это правдой и как такое могло быть?

Денис Г. Осборн из Университетского колледжа Дар-эс-Салама, Танзания, столкнулся с этой проблемой в школе Мпембы, читая гостевую лекцию по физике: «Если вы возьмете два одинаковых контейнера с равными объемами воды, один с температурой 35 ° C и другой при 100 ° C, и положите их в морозилку, тот, который начинался при 100 ° C, замерзает первым.Почему? »Осборн провел необходимые эксперименты в своей лаборатории и подтвердил наблюдение школьника; пара опубликовала совместную работу в 1969 году [1].

Как может быть так, что горячая вода замерзает быстрее холодной? Несомненно, что тепловая энергия, удерживаемая в теплой воде, выше, чем в холодном образце, будет означать, что при охлаждении необходимо рассеять больше тепла, прежде чем теплая вода сможет замерзнуть. За прошедшие полвека или около того были предложены бесконечные объяснения, среди которых эффекты испарения, при которых просто меньше воды для замерзания, конвекционные потоки, которые ускоряют рассеивание тепла, изолирующие эффекты мороза, которые видят, как холодная вода замерзает сверху и, таким образом, задерживает тепло ниже, примеси и растворенные вещества, эффекты теплопроводности, растворенные газы и так далее.Опровержений, наверное, столько же, сколько и объяснений.

Новая компьютерная модель воды

Химик Дитер Кремер из Южного методистского университета в Техасе, США, и его коллеги исследовали колебательные спектры водных кластеров и построили новую компьютерную модель воды, основанную на квантово-химических расчетах, которая более пристально, чем когда-либо прежде, рассматривает природу водорода. облигации. Водородные связи существуют лишь временно в жидкой воде и почти отсутствуют в водяном паре.Во льду сеть водородных связей практически заморожена. Одна вещь, которая, возможно, не очевидна с первого взгляда на водородные связи в воде, — это то, что они не все созданы равными. Прочность связи варьируется в зависимости от временных сетей в жидкой воде, поскольку кластеры воды собираются и распадаются. В любой момент времени могут существовать сети молекул воды, соединенные вместе с горсткой молекул, в то время как другие обширные сети с сотнями молекул могут существовать временно.

Группа Кремера в Техасе и его коллеги из Нанкинского университета, Китай, определили и оценили 16 из 36 различных типов водородных связей, которые они идентифицировали в воде, и обнаружили, что на противоположных концах спектра прочности связи имеется относительно прочный, более ковалентный водород. связи, а с другой стороны, гораздо более слабые, более электростатические связи.По сути, команда определила поразительную линейную зависимость между внутренней силой водородных связей, измеренной с помощью локальной константы силы растяжения Н-связи, и энергией делокализации, связанной с переносом заряда от неподеленной кислородной пары одной воды к связи ОН. соседней молекулы воды. Они смоделировали сети, содержащие тысячи молекул воды, соединенных водородными связями, и обнаружили, что при более высоких температурах преимущественно электростатические (в отличие от более ковалентных) водородные связи в значительной степени разрываются, тогда как количество сильных водородных связей увеличивается.

Если мы упрощенно представим себе только два различных типа водородных связей в воде — слабый тип и сильный тип — в горячей воде присутствует намного больше сильных водородных связей, чем в холодной. Другими словами, сеть водородных связей, хотя и временная, в горячей воде более не склонна к разрыву, чем сеть водородных связей в холодной воде. Таким образом, жидкая горячая вода, охлажденная быстро, уже имеет представление о том, как ее сеть водородных связей будет замерзать, тогда как преимущественно слабые водородные связи в холодной воде будут постоянно перетасовываться, поскольку она быстро остывает, пока не будет недостаточно тепловой энергии, чтобы преодолеть их движения, и в конечном итоге они станут заморожены так же, как крепкие скрепы в горячей воде.

Колебательная спектроскопия предлагает новый взгляд на водородные связи, в то время как квантово-химические расчеты подтверждают идею о разной силе водородных связей. «Эффект был известен Аристотелю и использовался в средневековье, а также заново открыт Мпембой», — сказал Кремер ChemViews Magazine . «Это было подтверждено десятками исследователей, и были разные объяснения. Мы впервые смогли предложить молекулярное объяснение, потому что мы первыми смогли различить различные водородные связи в жидкой воде и кластерах воды, используя их колебательные свойства. «.

Затем команда расширит моделирование молекулярной динамики на более длительное время и при различных температурах, они также будут исследовать растворенные вещества в жидкой воде, особенно белки и процессы их сворачивания в водном растворе. Последние эксперименты могут помочь объяснить роль воды в сворачивании белков. Более того, то, что еще предстоит доказать, — это детальный процесс зародышеобразования, который приводит к образованию льда и всех его структур, а также к сопутствующим явлениям, таким как переохлаждение.

Водородная связь между двумя молекулами воды, одна из которых является акцептором A водородной связи, а другая — донором D водородной связи: D – H … A, зависит от того, что делают другие периферические молекулы воды. Н-связь усиливается, если две молекулы воды подталкивают электронную плотность к А и оттуда в Н-связь, тогда как две другие молекулы воды притягивают электронную плотность от D к себе, тем самым поляризуя связь D – Н. Обнаружено, что этот двухтактный эффект приводит к самым прочным водородным связям.Если димер D – H … A окружен шестью, а не четырьмя периферическими молекулами воды, эффект пушпула ослабляется, поскольку дополнительные молекулы воды конкурируют за электронную плотность. В третьей ситуации связь еще слабее, так как две из четырех двухтактных молекул воды отсутствуют.

Это три случая сильных или слабых водородных связей, но исследователи смогли выделить 16 различных водородных связей, которые являются основными участниками сложного взаимодействия взаимодействий водородных связей в воде.

В то время как предыдущая работа была сосредоточена на понимании геометрии небольших кластеров воды, команда выделила 16 различных водородных связей на основе их прочности связи, используя их локальные колебательные моды. Они могли отличить более сильные (более ковалентные) от более слабых (электростатических) водородных связей, где последние легче разрушаются при повышении температуры. При более высоких температурах в жидкой воде присутствуют более мелкие кластеры воды (подтверждено расчетами MDS), которые могут легче терять свою избыточную энергию в окружающую среду, так что охлаждение происходит быстрее.Зарождение зародышей и образование льда также происходит легче, поскольку более мелкие кластеры с их более прочными водородными связями могут легче образовывать регулярную решетку льда. В холодной воде многие слабые водородные связи сети водородных связей должны быть сначала разорваны, чтобы сформировать небольшие водные кластеры, подходящие для построения ледяной решетки. Это требует энергии и времени.

[1] Эрасто Б. Мпемба, Денис Г. Осборн, Cool ?, Phys. Educ. Inst. Phys. 1969 , 4 , 172–175. DOI: 10.1088 / 0031-9120

Почему мы стираем одежду в горячей воде? | Управление науки и общества

Температура — это всего лишь мера того, насколько быстро движутся молекулы. Когда вещество растворяется в воде, его компоненты, будь то ионы или молекулы, образуют более сильное притяжение к молекулам воды, чем друг к другу, и поэтому их можно оторвать друг от друга и окружить их молекулами воды. Другими словами, молекулы воды должны вклиниваться между единицами растворенного вещества, чтобы перевести его в раствор. Чем быстрее движутся молекулы воды, тем больше их кинетическая энергия и тем больше вероятность того, что они могут попасть в растворенное вещество.Таким образом, горячая вода быстрее удалит водорастворимые пятна. Но не все пятна растворимы в воде.

Молекулы, образующие масляные пятна, имеют большее сродство друг к другу, чем к воде. Молекулы воды не могут вклиниваться в сеть жирных молекул. Они отталкиваются. Масло растекается по воде, масляные пятна не растворяются. Поэтому мы используем моющие средства. Это молекулы, у которых один конец имеет сродство к маслу, а другой — к воде. Концы, растворимые в масле, закрепляются в пятне, другой конец свободно погружается в воду.Когда молекулы воды перемещаются, они притягивают моющее средство, которое, в свою очередь, притягивает молекулы жира в пятне, разрушая пятно. При более высоких температурах все эти молекулярные танцы происходят с большей скоростью и энергией, и пятна легче удаляются с ткани.

В случае моющих средств, которые содержат ферменты, добавляемые для разрушения белковых пятен, высокая температура не является плюсом. Сами ферменты могут разлагаться при слишком высокой температуре; Вот почему для ферментных моющих средств есть инструкции по использованию теплой воды.

Повышение растворимости с температурой не всегда сохраняется. Газы менее растворимы при более высоких температурах. Это связано с тем, что молекулы газа в растворе очень сильно притягиваются к растворителю и являются летучими, то есть легко выходят из жидкости. Поскольку при более высокой температуре они движутся быстрее, они легче выходят с поверхности раствора. Холодный газированный напиток растворяет больше углекислого газа, чем теплый. Просто нагрейте газировку и наблюдайте, как пузырьки развиваются.То же самое произойдет, если вы дадите постоять стакану с холодной водой. Растворенный воздух выходит в виде пузырьков.

Существует предел увеличения растворимости газов в воде при понижении температуры. Когда вода замерзает, молекулы воды принимают кристаллический узор и вытесняют молекулы растворенного вещества. Вот почему ставить бутылку пива в морозилку опасно. Много углекислого газа было растворено под давлением, и по мере замерзания жидкости он выходит из раствора, что может вызвать взрыв, когда вы поднимете бутылку.Тогда вы будете в пятнах от пива. Но вы знаете, что делать, используйте горячую воду, чтобы смыть пятно.

@joeschwarcz

Хотите прокомментировать эту статью? Посетите нашу страницу в FB!

Вода — уникальная молекула «Обзор Мирового океана

Вода ведет себя иначе, чем большинство других химических соединений. Почти во всех веществах атомы и молекулы сближаются друг с другом по мере того, как становятся холоднее.Затем они затвердевают. Вода, однако, достигает своей максимальной плотности при четырех градусах Цельсия, потому что при этой температуре молекулы воды упакованы наиболее плотно друг к другу. Многие пресноводные озера имеют температуру в четыре градуса в самой глубокой точке, потому что тяжелая вода опускается на дно. Но что удивительно, чтобы достичь твердой фазы льда, молекулы воды снова отдаляются друг от друга. Это явление называется водной аномалией. Лед легче и плавает на поверхности. Это видно в обширных районах океана на полярных широтах, которые частично покрыты льдом.Причина этой аномалии кроется в необычных свойствах молекулы воды (H ₂ O). Его атом кислорода (O) и два атома водорода (H) расположены асимметрично. Это дает диполь, молекулу с одним отрицательно и одним положительно заряженным концом.
В зависимости от температуры эти диполи выстраиваются в агрегаты в соответствии с их зарядом, например, при образовании кристалла льда. Дипольный характер воды — критический фактор для климата. Поскольку диполи воды имеют тенденцию держаться вместе, как маленькие магниты, вода вяло реагирует на нагревание или охлаждение.Фактически, вода имеет самую высокую теплоемкость из всех жидких и твердых веществ, за исключением аммиака. Это означает, что вода может поглотить большое количество тепла, прежде чем закипит. И точки замерзания, и точки кипения воды (ноль и 100 градусов по Цельсию соответственно), которые так важны для нашей повседневной жизни, действительно довольно необычны. Если бы молекула воды была симметричной (не дипольной), то вода (лед) таяла бы при минус 110 градусах Цельсия и закипала бы при минус 80 градусах. Инерция климата — это в первую очередь результат высокой теплоемкости воды.
Вода влияет на климат не только в жидком и твердом состоянии. H ₂ O в виде водяного пара в атмосфере оказывает решающее влияние на тепловой баланс Земли; Один только водяной пар является причиной примерно двух третей естественного парникового эффекта. Кроме того, он усиливает влияние других веществ на климат. Например, если температура повышается в результате более высокого уровня углекислого газа, то содержание водяного пара также увеличивается, потому что более теплая атмосфера может устойчиво удерживать больше водяного пара.Благодаря своей дипольной молекуле вода очень эффективно поглощает инфракрасное излучение. В результате он примерно вдвое увеличивает потепление, первоначально вызванное углекислым газом.
Еще одним важным свойством воды является ее способность растворять соли, что значительно меняет ее плотность. Средняя соленость океана составляет 34,7 частей на тысячу (‰). При такой солености вода имеет наибольшую плотность — 3,8 градуса по Цельсию, что ниже точки замерзания морской воды со средней соленостью.На самом деле это минус 1,9 градуса по Цельсию. Таким образом, охлаждение поверхности может вызвать конвекцию до образования льда. Эта характеристика плотности является двигателем конвекции, одного из важнейших элементов климатической системы; холодная, соленая вода тяжелая и опускается на большую глубину.