Молекулалар қозғалысы. Броундық қозғалыс | туралы қазақша

Молекулалар мен атомдар өздерін қозғалыстары арқылы танытады. Молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі қағидаларын айғақтайтын ең көрнекі құбылыс өздерің 7-сыныпта танысқан броундық қозғалыс пен диффузия құбылысы болып саналады. Сұйықтарда болатын бөлшектердің ретсіз қозғалысын алғаш рет ең қарапайым микроскоптың көмегімен 182 7 ж. ағылшын ботанигі Р. Броун бақылаған болатын.

Өсімдіктің ішкі құрылысын микроскоппен қарастыра отырып, ол өсімдік шырынында жүзіп жүрген заттардың кішкентай бөлшектерінің барлық бағытта «мәңгілік би» билей отырып, үздіксіз қозғалатынын байқады. Ғалым суға араласқан топырақ бөлшектері де осындай бейберекет қозғалыс жасайтынын микроскоппен қарап көрді. Бөлшек неғұрлым кішкентай болған сайын, соғұрлым шапшаңырақ қозғалды.

Броундық қозғалыстың дәл сипаттамасын неміс педагогі Роберт Пол берді:

«Броундық қозгалыс сияқты қарапайым физикалық құбылыстар ғана бақылаушыларды өзіне тәнті етуге қабілетті. Ол бақылаушыға табиғаттың ішкі дүниесіне үңілуге мүмкіндік береді, яғни оның алдында тоқтаусыз, таңданарлық, ғажайып сансыз дербес жаңа дүниелер ашылады. Көз алдыңда ұсақ бөлшектер бір жақтан екінші жаққа шым-шытырық қозғала отырып, шапшаң, оқ секілді ұшады. Ірі бөлшектер баяу және маңғаздана қозғалады, бірақ олар да үнемі бағыттарын өзгертеді. Үлкен бөлшектер іс жүзінде бір орнында тұрады. Олардың бұрыштары мен қырлары өз осътерінің айналасында үнемі бағыттарын өзгертіп айналатынын көрсетеді. Еш жерде жүйенің ізі де, тәртібі де жоқ. Ретсіз жағдайлардың үстем болуы бақылаушыға күшті таңданарлық әсер береді. Броундық қозгалыс қазіргі табиғаттану саласында айтарлықтай құбылысқа жатады. Оны сөзбен сипаттап беру мумкін емес, тек жеке бақылау жүргізу қажет «.

Броундық қозғалыста таңдандыратын нәрсе сол, әрбір бөлшек басқа бөлшектерге тіптен тәуелсіз қозғалады және ешбір жағдайда бөлшектердің қозғалысы тоқтамайды. Ал бұл — броундық қозғалыстың болу себебін сұйықтың өзінен іздестіру керек деген сөз.

Молекулалы-кинетикалық түсініктер көзқарасы тұрғысынан XIX ғасырдың екінші жартысында бірқатар ғалымдар бұл құбылысқа дұрыс сапалы түсініктеме берді, ал оның толық теориясын тек 1905 — 1906 жылдары А. Эйнштейн мен М. Смолуховский жасады. Ол былайша түсіндіріледі. Су молекулалары әр уақытта бейберекет қозғалыста болады. Суда тепе-теңдік күйде тұрған әрбір броундық бөлшек жан-жақтан молекулалардың соққысына ұшырайды. Бұл соққылар бөлшекке жан-жақты қысым тудырады. Әрбір уақыт мезетіндегі соққылар тең емес, соның нәтижесінде әлдебір жағында қысым орташадан не көп, не аз болады. Сондықтан броундық бөлшектер бейберекет қозғалысқа келеді, біресе бір жаққа, біресе екінші жаққа орын ауыстырады.

Егер тең уақыт аралықтары арқылы, мысалы, 30 с ішіндегі осы бөлшектің орындарын нүктемен белгілеп, содан кейін оларды түзумен қоссақ, бөлшектің бейберекет қозғалысын сипаттайтын шым-шытырық сынық сызықтарды аламыз. Сұйық молекулалары қозғалысының «бейнесі» болып табылатын броундық қозғалысты өте кішкентай бөлшектер ғана жасайтыны түсінікті.

Температура артқан сайын және ортаның тұтқырлығы азайған сайын, броундық қозғалыстың қарқындылығы арта түсетінін тәжірибе көрсетіп отыр. Бұл бөлшектердің броундық қозғалысы мен молекулалардың жылулық қозғалысы арасында тікелей байланыс бар екенін айғақтайды.

Молекулалардың бар болуын және олардың қозғалысының сан алуандығын өздеріңе таныс диффузия құбылысы да дәлелдей түседі.

Диффузия деп бір заттың молекулаларының екінші заттың молекулаларының араларындағы бос орындарға өтіп таралуын айтады.

Өте шапшаң диффузияны газдарда байқау жеңіл. Мысалы, ауада біз бірнеше минуттан кейін бір бөлмеде төгілген әтірдің иісін басқа бөлмелерде де сеземіз. Егер биіктігі 50 см шыңы цилиндрге бірнеше бром тамшысын құйып, бетін шыны пластинкамен жауып қойсақ, онда бром бірден булана бастайды. Оның буы жоғары қарай шапшаң түрде диффузияланады да, цилиндрдегі ауа біртіндеп қоңыр түске боялады.

Сұйықтарда диффузия баяу жүреді. Мынадай тәжірибе жасайық. Жартысына дейін концентрациясы жеткілікті мыс тотияйыны ерітіндісіне құйылған шыны ыдысқа абайлап таза су құямыз. Бастапқыда су мен мыс тотияйыны ерітіндісінің шекарасы айқын көрінеді, уақыттың өтуімен бұл шекара көмескіленеді, ал көгілдір бояу жоғары көтеріледі. Бірнеше күннен кейін екі сұйық біртекті ашық-көгілдір түсті ерітінді түзіп, толық араласады.

Суы бар стақанға тамызған сия тамшысы немесе суға салынған марганецтің түйіршік кристалы өздігінен араласып біртекті ерітінді түзеді. Суда тұз, қант, қышқылдар, спирт жақсы диффузияланады.

Диффузия құбылысы қатты денелерде де болады, бірақ өте баяу жүреді. Оған мынадай белгілі тәжірибе дәлел бола алады. Табаны тоттан мұқият тазартылған қорғасын цилиндрін алтын пластинканың үстіне қояды да, оларды нығыздап бір-біріне қысып, ұзақ уақыт бөлме температурасында сақтайды. Төрт жылдан кейін қорғасын цилиндрі алтын пластинкамен «дәнекерленгені» және жанасқан қабаттарда қорғасынның шамалы мөлшері алтынға, ал алтынның қорғасынға 5 мм тереңдікке енгені байқалды.

Әр түрлі заттардағы диффузия құбылысы, броундық қозғалыс сияқты, молекулалы-кинетикалық теорияның негізінде түсіндіріледі. Жанасушы заттардың молекулалары ретсіз қозғалып және бір-біріне соқтығыса отырып, көрші молекулалардың арасына тап болады. Бұл бір заттың молекуласының екіншісіне енуін немесе бір заттың екінші затпен араласуын тудырады.

Қатты денелерде бөлшектер (молекулалар мен атомдар) тепе-теңдік күйінің маңайында тербеле отырып, сирек те болса өз орнын тастап басқа жерге өткенде диффузия құбылысы байқалады.

Диффузия жылдамдығының заттар температурасына тәуелді екенін түсіну қиын емес: температура артқан сайын заттардың араласуы да жылдамдайды. Диффузия құбылысын молекулалардың жылулық қозғалысы туғызады, сондықтан температураның жоғарылауымен бұл құбылыстың тез жүруі бөлшектер жылдамдықтарының артқанын көрсетеді.