§ 8. Молекули

Гіпотеза про те, що всі речовини складаються з окремих найдрібніших частинок, з’явилася дуже давно, більше двох тисяч років тому. Але лише на межі XIX-XX ст. було встановлено, які це частинки і які властивості вони мають.

Частинки, з яких складаються речовини, називають молекулами.

Наприклад, найменша частинка води - це молекула води, найменша частинка цукру - це молекула цукру тощо.

Які розміри молекул?

Відомо, що шматок цукру можна розтовкти на дуже маленькі кристалики, зерно пшениці можна розмолоти на борошно. Крапля олії, розтікаючись по поверхні води, може утворити плівку, товщина якої в десятки тисяч разів менша від діаметра волосини людини. Але в крупинці борошна і в товщі олійної плівки міститься не одна, а багато молекул. Отже, розміри молекул цих речовин ще менші, ніж розміри крупинки борошна і товщина плівки.

Можна зробити таке порівняння: молекула в стільки разів менша від яблука середнього розміру, у скільки разів яблуко менше від земної кулі. Якби розміри всіх тіл збільшити в мільйон разів (при цьому товщина пальця людини дорівнювала б 10 км), то молекула мала б розміри, що становлять половину крапки друкарського шрифту цього підручника.

Молекули не можна побачити неозброєним оком. Вони настільки малі, що їх неможливо розгледіти навіть у мікроскоп, що дає 1000-кратне збільшення.

Біологи знають мікроорганізми (наприклад, бактерії), що мають розміри до 0,001 мм. Молекули ж у сотні й тисячі разів менші. На малюнку 20 зображено молекулу РНК, а на малюнку 21 - молекулу вірусу.

Для визначення розмірів молекул було проведено різні досліди.

Дослід. У чисту велику посудину наллємо воду і на її поверхню за допомогою піпетки капнемо краплину стеаринової олії. Олія починає розтікатися по поверхні води, утворюючи плівку. У міру розтікання олії товщина плівки стає дедалі меншою. Через деякий час розтікання припиняється.

Якщо припустити, що це відбувається через те, що всі молекули олії опинилися на поверхні води (утворюючи плівку завтовшки в одну молекулу), то, щоб знайти діаметр молекули, досить визначити товщину утвореної плівки.

Товщину плівки d визначимо із співвідношення:

Об’єм плівки - це об’єм поміщеної на поверхню води краплини. Його виміряли за допомогою піпетки V = 0,0009 см³, а площа плівки, що утворилася з краплини, - S = 5500 см². Підставивши ці значення у формулу, ми отримали d = 0,00000016 см = 0,00000000016 м.

Цим числом і визначається приблизний розмір молекули стеаринової олії.

Оскільки молекули дуже малі, то в кожному тілі їх міститься величезна кількість. Щоб створити уявлення про їх число, наведемо приклад: якщо дитячу гумову кульку, наповнену воднем, проколоти так, щоб з неї щосекунди виходило мільйон молекул, то для вильоту всіх молекул з кульки знадобиться 30 мільярдів років! І це при тому, що маса водню, який наповнював кульку, становила б усього 3 г.

Це цікаво знати

Англійський фізик Майкл Фарадей (1791-1864) для визначення розмірів молекул розплющував шматочки золота на такі тоненькі пластинки, що їх товщину було неможливо виміряти безпосередньо. Можна було лише обчислити її, знаючи об'єм шматочка золота і площу пластинки. Прийнявши наближено товщину шматочка за діаметр молекули, Фарадей встановив, що цей діаметр повинен становити не більше ніж кілька мільйонних часток міліметра. Набагато точніший метод визначення розмірів молекул запропонували одночасно й незалежно один від одного два відомих фізики-експериментатори - німецький учений Вільгєльм Рєнтгєн (1845-1923) і англійський учений Джон Рєлєй (1842-1919). Учені дослідно встановили, що олія розпливається по поверхні

чистої води дуже тонкою невидимою плівкою. Тільки-но вся вільна поверхня води вкриється такою плівкою, надлишок олії утворює на воді олійні крапельки (їх завжди можна побачити на поверхні бульйону). Рентген і Релей товщину цих тоненьких плівок брали за діаметр молекули.

Проведені Рентгеном і Релеєм досліди показали, що олія може утворювати плівку товщиною 10^-8 см.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Як називають частинки, з яких складаються речовини?

2.    Опишіть дослід, за допомогою якого можна визначити розмір молекули.

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Сиротюк