Oddziaływanie cząsteczek - zadania

Zad. 1 Pomiędzy cząsteczkami wody występują siły wzajemnego przyciągania. Jakie zjawiska o tym świadczą?

Odp. Świadczy o tym tworzenie się kropel, strug wody podczas wypływania jej z butelki czy kranu oraz powstawania błony powierzchniowej.

Zad. 2 Pomiędzy cząsteczkami ciał stałych występują duże siły przyciągania, dzięki temu przedmioty zachowują swój kształt. Drwal złamał dębową deskę. Dlaczego po jej złamaniu nie jest możliwe złożenie tych kawałków tak, aby z powrotem stworzyły jednolite ciało (deskę)?

Odp. Przyciąganie międzycząsteczkowe o dużej sieli występuje tylko w przypadku bardzo małych odległości między cząsteczkami. Kiedy deska została rozłamana odległości między cząsteczkami obu tych kawałków stały się dużo większe. W wyniku tego jej ponowne połączenie, poprzez zetknięcie fragmentów ze sobą, nie jest możliwe.

Zad. 3 Przyrządy pomiarowe takie jak suwmiarka czy śruby mikrometryczne również wymagają sprawdzenia. W tym celu stosuje się wzorce miar długości. Są to specjalne metalowe płytki, których powierzchnie są dokładnie wypolerowane, a przy zetknięciu dwóch takich płytek ze sobą „przyklejają się” do siebie i utrzymują w dowolnym położeniu. W jaki sposób trzymają się one wzajemnie?

Odp. Dzięki dokładnemu wypolerowaniu, istnieje możliwość dużego zbliżenia cząsteczek, przyłożonych do siebie płytek. Umożliwia to zaistnienie dużych sił wzajemnego przyciągania między płytkami.

Zad. 4 Dane są następujące ciała: olej, stal, smoła, żelazo, woda, kreda, ołów. Spośród nich wybierz to ciało, które ma największe siły wzajemnego przyciągania się cząstek i to, w którym siły te są najmniejsze.

Odp. Największe siły wzajemnego przyciągania się cząstek ma stal, a najmniejsze woda.

Zad. 5 Jednym z codziennych przyborów ucznia jest gumka do ścierania ołówka. Jest to specyficzne ciało stała, które można ścisnąć ze wszystkich stron, na skutek czego zmniejszy się jego objętość, można też je rozciągnąć, a wówczas jego objętość się zwiększy. Opisz jak będą skierowane siły między najbliższymi cząsteczkami gumy podczas jej rozciągania i podczas ściskania.

Odp. Podczas rozciągania, gumki zwroty sił międzycząsteczkowych gumy będą skierowanie do siebie, a podczas jej ściskania, będą skierowane w przeciwne strony.

Zad. 6 Aby rozerwać pręt z ołowiu o przekroju 2 cm2 potrzebna jest siła 3,2 kN. Dla porównania aby uzyskać takim sam efekt z prętem ze stali należy użyć siły około 28 kN. Oblicz ile razy średnia siła przyciągania między cząsteczkami ołowiu jest mniejsza od średniej siły przyciągania między cząsteczkami stali.

Odp. Siła ta jest około 8,75 razy mniejsza.

Zad. 7 Kowal, aby złączyć ze sobą dwa kawałki żelaza, najpierw rozgrzewa je do czerwoności, a potem nakłada na siebie i wielokrotnie uderza młotkiem. Jaką funkcję w procesie łączenia się metali ma wspomniane wcześniej wykorzystanie młotka?

Odp. Wykorzystanie młotka jest niezbędne do tego, aby mogło dojść do większego zbliżenia do siebie kawałków rozgrzanego żelaza. Pozwala to na zwiększenie sił wzajemnego przyciągania się cząsteczek żelaza obu tych kawałków.

Zad. 8 Wyobraźmy sobie, że naraz znikają siły wzajemnego przyciągania między cząsteczkami. Co by się stało z ciałem stałym, gdyby padło „ofiarą” tego zjawiska?

Odp. W przypadku, gdy znikły by siły wzajemnego przyciągania między cząsteczkami, ciało stałe przeistoczyłoby się w gaz.

Zad. 9 Do rozerwania kawałka drutu należy ciągnąć za jego końce z ogromną siłą. Jeżeli jednak rozgrzejemy do czerwoności pewna jego część, to do rozerwania drutu wystarczy znacznie mniejsza siła. Dlaczego wzrost temperatura drutu zmniejsza jego wytrzymałość?

Odp. Rozgrzanie metalu powoduje, że średnie odległości między cząsteczkami zwiększają się, a na skutek tego siły spójności między cząsteczkami zmniejszają się.

Zad. 10 Z jakiego powodu, nawet w przypadku wykorzystania ogromnych sił ściskających, nie jest możliwe zauważalne zmniejszenie objętości ciał stałych?

Odp. Jest tak dlatego, że gdy ściskamy ciało stałe, między cząsteczkami zwiększają się znacząco siły odpychania.

Zad. 11 Za pomocą płynnego kleju sklejono ze sobą dwie kartki papieru. Kartki trudno było rozerwać dopiero w momencie, kiedy klej wysechł. Dlaczego tak się dzieje?

Odp. Jest tak dlatego, że siły przyciągania między cząsteczkami suchego kleju (ciało stałe), są większe niż w przypadku kleju mokrego (ciecz).

Zad. 12 Dawne tablice szkolne, nadal spotykanie w niektórych szkołach, korzystały z kredy jako narzędzie do pisania. Dlaczego nie było możliwe wykorzystanie fragmentu białego marmuru lub kamienia wapiennego? Co na podstawie właściwości tych materiałów można stwierdzić o siłach przyciągania ich cząsteczek?

Odp. Pomiędzy cząsteczkami marmuru i wapienia występują większe siły przyciągania niż w przypadku kredy. Ze względu na to ich wykorzystanie przy tablicy nie jest możliwe – marmur, czy wapień nie pozostawią śladu.

Zad. 13 Przechodząc przez nieutwardzoną drogę, łatwo zauważyć, jak wiatr z łatwością unosi drobny piasek do góry. Drobne ziarenko takiego piasku jest cięższe od kropli wody o identycznej objętości. Z jakiego więc powodu wiatr nie jest w stanie w taki sam sposób unosić drobnych kropele wody z powierzchni rzeki lub jeziora?

Odp. Miedzy cząsteczkami wody występują większe siły przyciągania niż między ziarenkami piasku, które są samodzielnymi ciałami.

Zad. 14 Dlaczego samochód, jadący przez drogę po deszczu, nie powoduje tworzenia się za nim kurzu, a zjawisko to występuje tylko jeżeli nawierzchnia jest sucha?

Odp. Woda powoduje, że drobinki kurzu zyskują dodatkowe siły przylegania do nich wody. Woda staje się tutaj swojego rodzaju „klejem”, który utrudnia oderwanie się pojedynczych drobinek.

Zad. 15 Z jakiego powodu trudno rozdzielić dwa kawałki szkła, jeżeli znajduje się pomiędzy nimi warstwa wody?

Odp. Woda, która znajduje się między kawałkami szkła powoduje działanie sił przylegania i spełnia rolę kleju.

Zad. 16 Wilgotny piasek to nieodłączny partner dziecięcych zabaw. Można za jego pomocą tworzyć różne budowle, lub za pomocą foremek stawiać rozmaite bryły. Suchy piach nie nadaje się do tych czynności i jest sypki. Dlaczego woda wpływa na właściwości piasku?

Odp. Woda przenika między ziarenka piasku, powoduje to pojawienie się dodatkowych sił przylegania wody do piasku. Skutkiem tego jest „sklejenie” przez wodę drobinek, które mogą tworzyć bardziej zaawansowane struktury.

Zad. 17 Dane są dwa identyczne węzły – jeden z nich jest mokry, a drugi suchy. Który z nich łatwiej jest rozplątać i z jakiego powodu?

Odp. Suchy węzeł łatwiej jest rozplątać. Jest tak dlatego, że gdy woda wnika między włókna sznurka, tworzy między nimi i warstewką wody dodatkową siłę przyciągania.

Zad. 18 Z jakiego powodu trudno jest ściągnąć z rąk mokre rękawiczki? Czy woda zamiast zadziałać jak klej, nie powinna dać efektu podobnego do smaru?

Odp. Woda, która znajduje się między rękawiczką i ciałem, powoduje pojawienie się dodatkowych sił przylegania między wodą i ręką oraz wodą i rękawiczką.