Номер 10, страница 115 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

10. С помощью каких экспериментальных методов были определены размеры молекул?

10. Размеры молекул были определены с помощью различных экспериментальных методов, от простых исторических до современных высокотехнологичных.
Один из первых и наиболее наглядных методов — это опыт с растеканием капли масла на поверхности воды. Суть опыта заключается в следующем: на чистую поверхность воды помещают маленькую каплю масла известного объема $\text{V}$. Масло растекается по поверхности, образуя очень тонкий слой, который в идеальном случае имеет толщину в одну молекулу (мономолекулярный слой). Если измерить площадь $\text{S}$ этого масляного пятна, то можно оценить диаметр молекулы $\text{d}$ (предполагая их форму близкой к кубической или сферической) по формуле $d = V/S$. Этот простой опыт позволяет получить оценку размера молекулы, которая составляет порядка $10^{-9} - 10^{-10}$ метра.
Более современные и точные методы включают:
1. Рентгеноструктурный анализ. Этот метод используется для исследования кристаллических веществ. Рентгеновские лучи, проходя через кристалл, дифрагируют (рассеиваются) на его упорядоченной атомной решетке. Анализируя полученную дифракционную картину, ученые могут с высокой точностью определить расположение атомов в кристалле, расстояния между ними и, следовательно, размеры и пространственную структуру молекул.
2. Электронная микроскопия. Современные приборы, такие как сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и атомно-силовой микроскоп (АСМ), позволяют получать изображения поверхностей с разрешением до отдельных атомов. Это прямой метод наблюдения, который дает возможность не только "увидеть" отдельные молекулы, но и измерить их размеры.
3. Косвенные методы. Размеры молекул также оцениваются на основе измерения макроскопических свойств вещества. Например, из коэффициентов вязкости, диффузии или теплопроводности газов, а также из отклонений поведения реальных газов от идеальной модели (используя уравнение Ван-дер-Ваальса, где одна из постоянных связана с собственным объемом молекул).

Ответ: Размеры молекул были определены экспериментально с помощью таких методов, как опыт с растеканием масляной пленки на воде, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия (СТМ, АСМ) и анализ макроскопических свойств веществ (например, вязкости и диффузии).

11. Атомная единица массы (сокращенно а.е.м., международное обозначение — u) — это внесистемная единица измерения массы, широко используемая в физике и химии для выражения масс объектов микромира: атомов, молекул, атомных ядер и элементарных частиц.
Согласно современному определению, атомная единица массы по величине равна $1/12$ (одной двенадцатой) части массы одного нейтрального атома изотопа углерода-12 ($^{12}C$), находящегося в основном электронном и ядерном состоянии.
Это определение означает, что относительная атомная масса углерода-12 по определению равна точно 12.
Численное значение атомной единицы массы в килограммах можно найти через постоянную Авогадро $N_A$. По определению, 1 моль вещества содержит $N_A$ частиц, а молярная масса изотопа углерода-12 составляет ровно 12 г/моль, или 0.012 кг/моль. Таким образом, масса одного атома $^{12}C$ равна $m(^{12}C) = \frac{0.012 \text{ кг/моль}}{N_A}$.
Тогда 1 а.е.м. вычисляется как:
$1 \text{ а.е.м.} = \frac{1}{12} m(^{12}C) = \frac{1}{12} \cdot \frac{0.012 \text{ кг/моль}}{N_A} = \frac{0.001 \text{ кг/моль}}{N_A}$
Используя современное значение постоянной Авогадро ($N_A \approx 6.02214076 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$), получаем:
$1 \text{ а.е.м.} \approx 1.660539 \times 10^{-27} \text{ кг}$.
Для большинства расчетов достаточно использовать округленное значение.

Ответ: Атомная единица массы — это единица массы, равная $1/12$ массы атома углерода-12 ($^{12}C$). Ее численное значение составляет приблизительно $1.66 \cdot 10^{-27} \text{ кг}$.