Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование.

Класс: 10

Тема урока: Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование.

Цели урока:

• Образовательные: формировать у учащихся представление о молекулярно-кинетической теории, сформулировать основные положения МКТ, рассмотреть практическое применение данной теории.

• Развивающие: развивать умение применять знания теории на практике, содействовать активизации познавательной деятельности учащихся.

• Воспитательные: продолжить формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы, расширить кругозор учащихся

Оборудование: две пробирки, кристаллы перманганата калия, одеколон, вата, штатив, два свинцовых цилиндра, набор грузиков, карточки с текстовыми заданиями и опорными конспектами.

  Что изучает механика?

1. Из каких разделов состоит механика?

2. Какие существуют виды движения?

3. Что является причиной появления ускорения?

4. На какие виды делятся силы по своей природе?

1. Историческая справка

Самими ранними предпосылками к созданию молекулярно-кинетической теории являются философские учения Левкипа и Демокрита, известных атомистов, живших в V веке до нашей эры. Именно они первыми стали утверждать, что всякое вещество состоит из мельчайших частиц, не видимых человеческому глазу. За неимением научного оборудования, у них не было возможности доказать свою теорию, им оставалось лишь полагаться на свой жизненный опыт и наблюдения за окружающими явлениями.

Следующим шагом к становлению молекулярно-кинетической теории было обнаружение того факта, что молекулы имеют свойство двигаться. Швейцарский физик и математик Даниил Бернулли XVIII века выявил в своих исследованиях, изложенных в работе «Гидродинамика», что причиной давления газа является тепловое движение молекул.

Русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов заложил фундамент современной молекулярной физики. Он впервые разграничил понятия “корпускула” – молекула и “элемент” – атом. Он считал, что наименьшие неделимые частицы – атомы – входят в состав более крупных частиц – молекул. Разнообразие тел зависит от того, какие атомы, в каком количестве и каким образом соединены в молекулы.

Изучая строение вещества, М.В. Ломоносовым создал молекулярно-кинетическую теорию. Окончательно теория была сформулирована в 19 веке в трудах европейских ученых.

С основными положениями этой теории мы сегодня с вами и познакомимся

Мотивация:

Американский физик нобелевский лауреат Р.Фейнман однажды сказал: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименшего количества слов принесло бы наибольшую информацию?»

Как вы думаете какая это фраза?

Мы попробуем ответить на этот вопрос. Сообщаем тему и цели урока.

Изучение нового материала

Проводим наблюдения и делаем выводы . В результате обсуждения формулируется первое положение МКТ строения вещества.

Предлагаются наблюдения 1:
А) Мы пишем на доске мелом, при этом на ней остаются небольшие частицы мела.
Б) В воду добавляем марганцовку. Что вы видите? (Окрашивание воды, т.е. частица марганцовки делится на более мелкие частицы)
В) Мы предлагаем вам посмотреть опыт (видео «Уменьшение объема при смешивании воды и спирта» https://www.youtube.com/watch?v=YwsfNlIPifo). Почему объем стал меньше?
Итак, молекулы спирта крупнее молекул воды. Поэтому при смешивании жидкостей их частицы перемешиваются, и более мелкие частицы воды размещаются в промежутках между более крупными частицами спирта. Заполнение этих промежутков и способствует уменьшению общего объема веществ.
Можно сделать вывод, что все вещества состоят из частиц и между ними имеются промежутки.
Что же это за частицы? Как определить их размеры, массу?
Для определения размеров молекул в начале XX века английский физик Джон Уильям Стреттом, лорд Рэлей предложил на поверхность воды поместить каплю масла. Масло стало растекаться, образуя пленку. По мере растекания масла пленка становилась все тоньше и тоньше. Через некоторое время растекание прекратилось. Рэлей предположил, что это произошло, когда все молекулы масла образовали пленку толщиной в одну молекулу. Ее диаметр приблизительно равен , расчет представлен на слайде.
Как мы увидели, размеры молекул очень малы и увидеть невооруженным глазом их нельзя. Однако в середине ХХ века удалось создать электронные микроскопы. Они позволили наблюдать и фотографировать изображения атомарных структур.
На основании всего сказанного можно сделать вывод: все тела состоят из мельчайших частиц – молекул, атомов, ионов. Между атомами и молекулами есть промежутки.
Доказательства: Механическое дробление; растворение вещества 

Первое положение МКТ строения вещества:  Вещество состоит из мельчайших частиц (атомов, молекул или ионов).

Вещества состоят из частиц:

а) из молекул (вода, сахар, масло), где молекулы состоят из атомов;

б) из ионов (соли, щелочи, металлы);

г) из атомов (инертные газы).

С помощью электронных микроскопов получены даже фотографии отдельных крупных молекул. Капелька масла расплывается по поверхности воды не безгранично, а до плёнки, толщиной в одну молекулу. Размеры атомов очень малы, порядка м. Если атомы увеличить до размера типографской точки, то толщина человеческого волоса стала бы около 10 км.

Наблюдения 2.

А. Откроем пробирку, в которой находиться вата, смоченная одеколоном. Что чувствуете?

Б. Просмотр видео «Диффузия в твёрдых Просмотр видео «Диффузия в твёрдых телах»(40с).

https://www.youtube.com/watch?v=lgGVTG90rVg

В результате обсуждения формулируется второе положение МКТ строения вещества: Частицы вещества беспорядочно (хаотически) и непрерывно движутся.

Это доказывают явления диффузии и броуновского движения). 

Хаотическое и непрерывное движение частиц вещества доказывают явления диффузии и броуновского движения.

Диффузией называется явление взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества, происходящее из-за их движения.

Примеры диффузии: распространение запаха, растворение сахара, засолка продуктов. Две плотно прижатые пластины из свинца Pb и золота Au за 5 лет срастаются на 1 мм. Чем выше температура и слабее связи между молекулами, тем быстрее идёт диффузия.

Броуновским движением наз. движение мелких, взвешенных в жидкости частиц под действием ударов молекул жидкости. Если в жидкость намешать очень мелкие нерастворимые частицы (например, пыльца цветов), то в микроскоп видно, как эти частицы медленно движутся. Это движение беспорядочное и никогда не прекращается. Частицы на столько малы, что число ударов молекул жидкости с противоположных сторон не компенсируется, поэтому частицы беспорядочно и непрерывно перемещаются по жидкости.

Опыт 3. Свинцовые цилиндры с ровными и блестящими краями сильно прижмём руками. Просмотр видео «Взаимное притяжение атомов свинца»

https://www.youtube.com/watch?time_continue=12&v=fIAq9GqeCGE

Как объяснить это явление?

В результате обсуждения формулируется третье положение МКТ строения вещества:

Частицы вещества взаимодействуют друг с другом

Частицы вещества одновременно притягиваются и отталкиваются. Атомы состоят из положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронных оболочек, поэтому ядра атомов отталкиваются и электронные оболочки атомов тоже отталкиваются. Но одновременно ядра атомов притягивают электронные оболочки соседних атомов. Если бы не было сил притяжения, атомы разлетелись бы, и не было бы твёрдых и жидких тел. А если бы не было сил отталкивания, то любое тело можно было бы сжать до сколь угодно малых размеров.

В результате опытных исследований и обсуждений заполняется таблица:

В зависимости от расположения молекул и их поведения различают 3 агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.

(просмотр видео “Три состояния вещества“ (Время просмотра 3:29 мин.)

https://www.youtube.com/watch?v=E3an2GvZsgo

Установите соответствие:

Ответы: А-3; Б-1; В-3-1; Г-3; Д-2; Е-2.

Размеры молекул Молекулы имеют чрезвычайно малые размеры. Простые одноатомные молекулы имеют размер порядка м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше. Рассмотрим опыт Р. Релея, который помещал каплю оливкового масла на поверхность воды, налитой в большой сосуд. Релей предположил, что, когда капля перестанет растекаться, её толщина станет равной диаметру одной молекулы. В опыте Рэлея использовалась капля объемом V=0,9, которая была помещена в большой таз с водой и растеклась до пленки площадью S=0,55, так что размеры молекул оцениваются равными: d = = 1,6м Подведение итогов

Огромное значение МКТ неоспоримо. В заключении, мне хотелось бы привести слова американского ученого, нобелевского лауреата Ричарда Филлипса Фейнмана: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию?
Я считаю, что это – атомная гипотеза: все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе… содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения». (Из книги «Фейнмановские лекции по физике») Интересно узнать, как вы могли бы оценить нашу совместную работу. Предлагаю сделать это так: окончите одну из фраз, которую вы видите на экране.
Сегодня я узнал…
Было интересно…
Было трудно…
Я выполнял задания…
Теперь я могу…
Я научился…
Я смог…
Мне захотелось…
Домашнее задание: Изучить §§53,55,56, изобразить схему графика зависимости энергии взаимодействия от расстояния между молекулами. Пронаблюдайте, где в домашних условиях используется явление диффузии? От чего зависит скорость диффузии? Как можно ускорить диффузию? Каждый пример запишите в тетради и объясните.

. Решение качественных задач.

1. Поваренная соль, помещенная в воду, через некоторое после ее растворения, равномерно распределяется по всему объему. Почему?

2. Почему вблизи твердых кусочков йода серебряная ложка темнеет, покрываясь тонким слоем йодистого серебра?

3. Почему пыль, представляющая частицы твердого вещества, довольно долго удерживается в воздухе во взвешенном состоянии?

4. На чём основан процесс растворения сахара в воде?

5. Две стеклянные пластинки трудно оторвать друг от друга, если между ними есть немного воды. Если же стёкла сухие, то они отделяются друг от друга без труда. Почему?