3.分子间的作用力--引力和斥力

扩散现象说明,分子在不停地做无规则运动.既然分子在运动,那么固体和液体中的分子为什么不会飞散开,而总是聚合在一起,保持一定的体积呢?

将两个铅柱的底面削平、削干净,然后紧紧地压在一起,如图15-2所示,两块铅就会结合起来,甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开.

这个实验可不是扩散现象.因为扩散现象是发生在不同物质的分子间,而这是用相同物质组成的物体--铅块进行的实验.

分子间存在引力,这是上述实验说明的问题.分子间的引力使得固体和液体能保持一定的体积,它们里面的分子不致散开.

可能你还会问,固体很难被分开是因为分子间有引力,那么,固体同样很难被压缩,是因为分子间还有排斥的力吗?

对,分子间还存在斥力.由于斥力的存在,虽然分子间有间隙,但当压缩固体和液体时,分子已经离得很近的固体和液体很难被进一步压缩.

应该说,分子引力和分子斥力是同时存在的,就像被弹簧连着的小球.如图15-3所示,当使分子间的距离减小时,分子引力和斥力同时增大,但分子斥力增大得快,这时分子斥力大于分子引力,作用力表现为斥力;当分子间的距离增大时,分子引力和斥力同时减小,但分子斥力减小得快,这时分子引力大于分子斥力,作用力表现为引力.但如果分子相距很远,作用力就变得十分微弱,可以忽略.

图15-3  分子之间既有引力又有斥力,

就像被弹簧连着的小球

[学习方法指导]

用转换法研究分子的热运动

在本书《学习手册》九年级(上)的第十三章第二节的“方法点拨”中我们提到过转换法.它是将看不见、摸不到的东西或不易直接观测认识的问题,通过其他方式去认识它、研究它.

在本节知识中,分子的运动是看不见、摸不到的,我们去认识它、研究它的运动情况、相关因素时,都使用了转换法.

扩散现象说明了物质的分子都在不停地做无规则运动,扩散现象是分子热运动的外在表现.正是通过这种宏观表现,我们才知道分子是运动的,而且是做无规则运动的.

热运动与温度有关,也是通过扩散现象在不同温度的水中发生快慢来体现的,用的也是转换法 .

希望通过本节知识的学习,你能对转换法有更深的认识.

1.扩散现象及说明的问题

以上描述的现象在物理学中被称为扩散现象.这是两种物质的分子互相进入对方的现象.我们还可以用以下两个实验来演示扩散现象.

在教室的某个桌面上放一块香皂,或是喷几下花露水,过一会儿,会在教室的其他位置闻到它们“散发”的香味.

在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面倒扣一个空瓶子,使两个瓶口相对,之间用一块玻璃板隔开,如图15-1所示.抽掉玻璃板,我们会看到:虽然二氧化氮的密度比空气大,但由于分子的相互进入,过一段时间后,两瓶中的气体都变成了红棕色,但颜色要比纯二氧化氮气体的颜色浅.

以上实验说明,扩散现象可以发生在气体之间,那么,扩散是否能发生在液体之间和固体之间呢?我们来看下面的实验.

在量筒中装一半清水,水下面注入硫酸铜溶液.硫酸铜溶液的颜色是淡蓝色的,其密度比水大,沉在量筒的底部,可以看到无色的清水与蓝色的硫酸铜溶液之间有明显的界面.但随着时间的变长,界面逐渐模糊,大约30天后量筒中形成淡蓝色的溶液.你可参照课本中“图15.1-3液体扩散的实验”图片来观察这一现象.

另外,我们可以把磨得很光的铅片和金片紧压在一起,在室温下放置5年后再将它们切开,可以看到它们互相渗入约1 mm深.如果你注意观察,在销售散煤的煤店里,黑色的煤被堆在某个墙角里,经过很长时间后,被打扫干净的墙角仍是黑色的,这是发生了扩散现象的结果.

由上述现象我们可以得到:固体之间、液体之间也能发生扩散现象.

在这里,我要说明一点:由于扩散现象是分子间的相互进入.而分子很小很小,我们用肉眼是看不到的,因为扩散现象是一种外在的客观表现,分子的运动情况是看不到的.所以有些同学说“阳光下看到灰尘飞扬也是扩散现象”,这是错误的,因为扩散的微观实质我们是看不到的.

扩散现象说明了什么问题?我们来想象一下:如果分子是静止不动的,会有扩散现象发生吗?没有,如果分子静止,那就不会互相进入对方了.那么,如果你用三滴同样的墨水滴入三杯同样的水中,清水变黑的过程完全相同吗?或者说总是杯中的某一部分先变黑吗?其实不是这样的.这说明分子运动是没有规则的,即运动的速度大小、方向都有固定的规律,运动情况无法用确切的语言描述,这种运动称为无规则运动.因此,我们可以得到这样的结论:

扩散现象说明:一切物质的分子都在不停地做无规则运动.

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