УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ
ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10
КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ
УЧЕБНИК
ЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ
Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47,
48/2002;
1, 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22/2003
§ 5.3 Вещество
в кристаллическом состоянии
(продолжение)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Определение межъядерного расстояния в
кристаллическом железе.
В этой экспериментальной работе вы
познакомитесь с определением плотности металла
– очень важной характеристикой, благодаря
которой можно судить, например, о составе и
времени изготовления металлического изделия.
Когда и от кого пошло восклицание «Эврика!»?
Древнегреческий ученый Архимед родился в
Сиракузах (остров Сицилия) около 287 г. до н. э. и был
убит римским солдатом при взятии города во время
2-й Пунической войны. Последние слова Архимеда:
«Не трогай мои чертежи». Архимеду приписывают
фразу: «Дай мне, где стать, и я сдвину Землю».
Архимед нашел решение задачи об определении
количества золота и серебра в жертвенной короне
сиракузского правителя Гиерона, когда принимал
ванну. Он побежал нагим домой с криком «Эврика!»,
что значит «Нашел!». Попытайтесь в самом общем
виде рассказать, как Архимед доказал, что в
короне было больше серебра, чем требовалось.
Вам предстоит настоящее научное
исследование!
Работу выполняют небольшой группой – 2–4
человека. Внимательно прочитайте описание
работы, составьте подробный план эксперимента
(имея в наличии образец металла и мерную посуду) и
предварительно распределите обязанности (кто
что будет делать).
Эксперимент заключается в определении плотности
металла, позволяющей, воспользовавшись числом
Авогадро, рассчитать межъядерное расстояние, т.
е. расстояние между ядрами атомов в кристалле или
молекуле. Это расстояние и является одной из
постоянных характеристик данного вещества.
Размеры атомов и молекул выражают разными
единицами: сантиметрами (см), нанометрами
(1 нм = 1•10–9 м) и пикометрами (1 пм = 1•10–12
м). Раньше широко использовали внесистемную
единицу длины – ангстрем
Возьмите кусок металла (железа, меди, алюминия,
свинца), например, железный шарик от большого
подшипника. Можно воспользоваться толстым
железным гвоздем, предварительно отпилив его
шляпку и острие, чтобы получился цилиндр.
Определите взвешиванием массу взятого металла.
Определите объем измеренной массы того же
металла. Если имеющийся металл имеет форму
правильной геометрической фигуры – куба, шара,
цилиндра или другой, измерьте ее размеры
линейкой или штангенциркулем. Воспользовавшись
математическими познаниями, рассчитайте объем
заготовки.
Вы можете взять большую автомобильную гайку
или винт, кусок свинцовой оплетки от кабеля.
Необязательно брать металл в виде одного куска,
можно взять горсть гвоздей, мелких шариков, дроби
и т. п. Если вы имеете кусок металла неправильной
формы или мелкие куски (шарики, винтики, гайки,
гвозди, скрепки и т.п., изготовленные из одного
металла, а не сплава), вам следует самим
предложить способ определения объема металла
известной массы (вы уже успели взвесить горсть
или кучку кусочков металла, ничего не потеряв?).
Можно поступить так. Заполните измерительный
цилиндр примерно наполовину водой и запишите ее
объем (точнее!). Поместите кусочки металла в
цилиндр с водой, чтобы вода покрывала металл, и
запишите полученный объем воды и металла. Чему
равен объем металла? Может случиться, что воды
окажется меньше и она не покроет весь металл. Как
поступить тогда? Подумайте.
В другой измерительный цилиндр налейте точно
известный объем воды и вылейте в цилиндр с
металлом столько воды, чтобы она покрывала
металл. Запишите положения уровней воды в обоих
цилиндрах. Теперь вы можете рассчитать объем
воды в цилиндре с металлом и объем, занимаемый
водой и металлом. Найдите объем металла и, зная
его массу, определите его плотность.
Далее рассчитайте объем, который приходился бы
на число Авогадро атомов металла. Определите
объем, приходящийся на один атом, и вычислите
межъядерное расстояние, приравняв его к длине
ребра куба, заключающего внутри себя атом.
Имейте в виду, что этот метод определения
межъядерных расстояний приближенный. Тем не
менее вычисленные этим методом межъядерные
расстояния в кристаллах металлов хорошо
совпадают с полученными другими методами.
Вместо железа можно взять другие металлы – медь,
свинец, даже золото и серебро.
Как определить размеры одного атома, например,
железа? Вам известно, что 1 моль Fe имеет массу
55,845 г.; плотность железа была определена ранее
экспериментально. (По справочным данным
кристаллическое железо имеет плотность= 7,87 г/см3). Вычислим
объем 1 моль железа:55,845 (г)/7,87 (г/см3) = 7,1 см3.
Определим объем, приходящийся на долю одного
атома в кристаллической структуре железа. Для
этого разделим объем 1 моль атомов (мольный объем)
на число Авогадро атомов:7,1 (см3)/6,02•1023 = 1,18•10–23 см3.
Будем считать, что атом представляет собой шар,
вписанный в куб. Приравняем длину ребра куба, т. е.
диаметр атома, к корню кубическому из
полученного объема:
Таким образом, диаметр атома железа в кристалле
приближенно равен 0,000000023 см. Это и есть
межъядерное расстояние. Полученное число – не
диаметр изолированного атома, т. к. электронные
оболочки атомов представляют собой нечто
похожее на облака с сильно размытыми краями. В
строгой научной литературе по химии и физике не
пользуются выражениями «диаметр атома» или
«радиус атома», а применяют термин «межъядерное
расстояние» и обозначение l («эль»). Почему
диаметр атома железа D и его межъядерное
расстояние l равны, вам станет ясно из рис. 5.6.
По справочным данным радиус атома железа равен
124,1 пм = 1,24•10–8 см, поэтому межъядерное
расстояние равно 2,48•10–8 см.
= 7,87 г/см3). Вычислим
 |
Рис. 5.6.
|
Выразите межъядерное расстояние в
кристаллическом железе в различных единицах
измерения.
2. Изучение межъядерных расстояний других
элементов
Проследим изменение межъядерных расстояний на
примере элементов 4-го периода, находящихся в
кристаллическом состоянии (при обычной
температуре):
| Элемент | Радиус, см | Межъядерное расстояние, см |
|
|---|---|---|---|
| Калий | К | 2,27•10–8 | 4,54•10–8 |
| Кальций | Са | 1,97•10–8 | 3,94•10–8 |
| Скандий | Sc | 1,61•10–8 | 3,22•10–8 |
| Титан | Ti | 1,44•10–8 | 2,88•10–8 |
| Ванадий | V | 1,32•10–8 | 2,64•10–8 |
| Хром | Cr | 1,24•10–8 | 2,48•10–8 |
| Марганец | Mn | 1,24•10–8 | 2,48•10–8 |
| Железо | Fe | 1,24•10–8 | 2,48•10–8 |
| Кобальт | Co | 1,25•10–8 | 2,50•10–8 |
| Никель | Ni | 1,24•10–8 | 2,48•10–8 |
| Медь | Cu | 1,28•10–8 | 2,56•10–8 |
| Цинк | Zn | 1,33•10–8 | 2,66•10–8 |
| Галлий | Ga | 1,22•10–8 | 2,44•10–8 |
| Германий | Ge | 1,23•10–8 | 2,46•10–8 |
| Мышьяк | As | 1,25•10–8 | 2,50•10–8 |
| Селен | Se | 2,15•10–8 | 4,30•10–8 |
Нарисуйте график изменения
межъядерных расстояний при переходе от калия к
селену. Если вам удастся объяснить ход изменения
межъядерных расстояний, то вы поймете некоторые
особенности построения периодической таблицы
элементов Д.И.Менделеева.
Если вам в будущем придется приготовлять сплавы
различных металлов, то сведения по радиусам
атомов помогут вам предсказать свойства сплавов.
Сплавы металлов – твердые системы, образованные
из двух и более металлов (а также металлов и
неметаллов). Сплавы обладают лучшими свойствами
по сравнению с составляющими их металлами. Одна
из классификаций сплавов основана на числе фаз,
составляющих сплав. Если в сплаве только одна
фаза, то это однофазная система, или твердый
раствор одного металла в другом.
Несколько слов скажем о твердых растворах.
Полная взаимная растворимость металлов в любых
соотношениях наблюдается редко. Такое может быть
у компонентов, близких по свойствам. Например,
золото и серебро могут растворяться друг в друге
в любых соотношениях, т. к. они находятся в одной
подгруппе и размеры их атомов близки (1,442•10–8
и 1,444•10–8 см соответственно).
Твердый раствор – фаза
переменного состава, в которой атомы различных
элементов размещены в общей кристаллической
решетке. Различают твердые растворы замещения
и внедрения.
Твердый раствор замещения образуется при
расположении атомов растворяемого металла в
заселяемых местах (узлах) решетки растворяющего
металла. Радиусы атомов в таких растворах
отличаются друг от друга не более чем на 15% (для
сплавов железа – не более чем на 8%). Предскажите,
какие твердые растворы могут быть образованы
приведенными выше металлами. Другое важное
требование для образования твердых растворов
замещения – металлы должны быть
электрохимически подобны, т. е. находиться не
слишком далеко друг от друга в ряду напряжений
(точнее, в ряду электродных потенциалов).
Твердый раствор внедрения образуется в
результате того, что атомы растворяемого металла
размещаются в пустотах между заселяемыми
местами (узлами) кристаллической решетки. Размер
атомов растворяемого металла не должен быть
больше чем на 63% размера атома растворяющего
металла.
О.С.ЗАЙЦЕВ
Примеры решения задач
Пример 4.1.
Определить линейные размеры атома
железа и его массу. Плотность железа
равна 7800 кг/м3,
молярная масса равна 0.056 кг/моль.
|
Дано:
ρ=7800
μ=0.056 |
|
Найти: d=? m0=? |
Решение
Ч
исло
атомов (молекул) в одном моле любого
вещества равно числу Авогадро
.
Масса одного атома 
.
Для нахождения
диаметра атома будем считать, что атомы
в кристаллической решётке упакованы
подобно шарикам (рис.4.1), то есть на один
атом в среднем приходится объём,
приблизительно равный 
.
Тогда для плотности: 
.
Отсюда 
.
Вычисления:
;
.
Ответ: 
;
.
5. Основы термодинамики
Краткая
теория
Средняя
кинетическая энергия поступательного
движения одной молекулы идеального
одноатомного газа
,
где
k
– постоянная Больцмана, T
– абсолютная
температура.
Внутренняя
энергия идеального газа равна:
,
или
,
или
,
где
i
– число степеней свободы молекул, равное
3 для одноатомного газа; 5 для двухатомного
и 6 для многоатомного с нелинейными
молекулами; R
– универсальная газовая постоянная, T
– абсолютная
температура, 
– молярная теплоёмкость газа при
постоянном объёме;
– количество вещества ( число молей),m
– масса газа, μ – его молярная масса, p
– давление газа, V
– его объём.
Уравнение
состояния идеального газа (уравнение
Менделеева-Клапейрона:
,
или
,
где
m
– масса газа; µ
–
его молярная масса; Т
–
термодинамическая температура;
– количество вещества;R
–
универсальная газовая постоянная.
Уравнение
изотермического процесса (
):
,
или
.
Уравнение
изохорического процесса (
):
,
или
.
Уравнение
изобарического процесса (
):
,
или
.
Элементарная
работа газа при увеличении объёма на
равна:
,
где
р
–
давление газа.
Работа
газа при изменении
объёма от V1
до
V2:
.
При
изобарном процессе работа равна
.
Теплоемкость
тела – это количество теплоты, необходимое
для нагревания этого тела на один градус
(кельвин):
.
Удельная
теплоемкость – это количество теплоты,
необходимое для нагревания единицы
массы вещества на один градус:
.
Удельная
теплоемкость – это количество теплоты,
необходимое для нагревания одного моля
вещества на один градус:
.
Связь
между молярной
(С)
и
удельной
(с)
теплоемкостями:
,
где
μ
– молярная масса.
Молярная
теплоёмкость идеального газа при
постоянном объёме:
,
где
i
– число степеней свободы молекул; R
– универсальная газовая постоянная.
Для одноатомных газов 
.
Молярная
теплоёмкость идеального газа при
постоянном давлении:
,
где
i
– число степеней свободы молекул; R
– универсальная газовая постоянная.
Для одноатомных газов 
.
Уравнение
Майера:
.
Количество
теплоты,
поглощённой в процессах:
– нагревания
,
– плавления:
,
– парообразования
,
где
– удельная теплоемкость тела, 
– удельная теплота плавления, r
– удельная теплота парообразования, m
–
масса.
Количество
теплоты,
выделившейся в процессе сгорания
топлива:
,
где
– удельная теплота сгорания топлива,
m
–
его масса.
Первый
закон (первое
начало)
термодинамики: количество теплоты Q,
сообщенное системе, идет на увеличение
её внутренней энергии 
и совершение этой системой работы 
против внешних сил:
.
Первое
начало термодинамики:
– для
изохорного процесса
;
– для
изобарного процесса:
;
– для
изотермического процесса:
;
– для
адиабатного процесса:
.
Коэффициент
полезного действия (КПД) тепловой машины:
,
где
– полезная работа, совершаемая
машиной; – количество
теплоты, полученное рабочим телом от
нагревателя; 
–
количество
теплоты, отданное рабочим телом
холодильнику. Идеальная тепловая машина,
работающая по циклу
Карно (рис.5.1),
при заданных температурах нагревателя
и охладителя
,
имеет максимальный КПД, не зависящий
от природы рабочего тела:
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
crow11141
+10
Решено
8 лет назад
Физика
10 – 11 классы
Определите линейные размеры атома железа и его массу. Плотность железа равна 7800 кг/м3, молярная масса равна 0,056 кг/моль
Смотреть ответ
1
Ответ проверен экспертом
4
(14 оценок)
34
sokolovvovikn
8 лет назад
Светило науки – 11981 ответ – 76801 помощь
m0=M/Na=56*10^-3/6*10^23=9,3*10^-26 кг
Найдем диаметр атома:
d=корень куб.(M/p*Na)=корень куб.(56*10^-3/7800*6*10^23)=2,27*10^-10 м
(14 оценок)
https://vashotvet.com/task/9941017
fuxpiomerse
Вопрос по физике:
Определите линейные размеры атома железа и его массу. Плотность железа равна 7800 кг/м3, молярная масса равна 0,056 кг/моль
Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?
Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок – бесплатно!
Ответы и объяснения 1
kedlenesknt980
M0=M/Na=56*10^-3/6*10^23=9,3*10^-26 кг
Найдем диаметр атома:
d=корень куб.(M/p*Na)=корень куб.(56*10^-3/7800*6*10^23)=2,27*10^-10 м
Знаете ответ? Поделитесь им!
Гость ?
Как написать хороший ответ?
Как написать хороший ответ?
Чтобы добавить хороший ответ необходимо:
- Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете
правильный ответ; - Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не
побуждал на дополнительные вопросы к нему; - Писать без грамматических, орфографических и
пунктуационных ошибок.
Этого делать не стоит:
- Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся
уникальные и личные объяснения; - Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не
знаю» и так далее; - Использовать мат – это неуважительно по отношению к
пользователям; - Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?
Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует?
Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие
вопросы в разделе Физика.
Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи –
смело задавайте вопросы!
Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.
Определите линейные размеры атома железа и его массу
Профи
(734),
закрыт
16 лет назад
Дополнен 16 лет назад
Определить минимальное расстояние между атомами железа в кристалле, зная его молярную массу М = 56 • 10~3 кг/моль и плотность р = 7870 кг/м3.
White Rabbit
Искусственный Интеллект
(313265)
16 лет назад
Солнце! Извини, но какой кретин тебе задал эту задачку?
Массу атома железа из приведённых условий определить легко, здесь Леонид абсолютно прав (он всегда прав, если не знает – не отвечает)
– в 1 моле содержится число атомов 6,022*10^23, называемое числом Авогадро.
если этот моль весит 0,056 кг, значит масса одного атома равна 0,056/(6*10^23)=
= 0,93*10^-25 кг.
– а вот размеры:-) Судя по условию задававший задачу наивно предполагал, что в кристаллической решётке железа атомы соприкасаются, и вообще они твёрдые шарики, т.е. хотел, чтобы вы поделили молярную массу на плотность и на число Авогадро. Но подобный вздор даже обсуждать не хочется. Так получится только некая “средняя” постоянна кристаллической решётки.
Leonid
Высший разум
(388685)
16 лет назад
Если Вы вспомните, что такое моль и что такое (а также чему равно) число Авогадро – Вы и сами ответите на свой вопрос.
Но вот линейные размеры атома определить нельзя. Можно лишь сказать примерное расстояние между атомами (ну или – сколько атомов в среднем приходится на 1 кубический ангстрем). Потому что плотность расположения атомов – это одно, а из линейные размеры – это другое.
