Aine ehitus. Aineosakese tase

Juba väga ammu on inimesed otsinud maailma algaineid. Arvati, et kõik maailmas on tekkinud veest ja muutub jälle veeks , et maailma algaineteks on neil elementi: maa, vesi, tuli ja õhk.
Atomistid .
Ligikaudu 2500 aastat tagasi tekkis Vana-Kreekas õpetlaste koolkond, keda hakati kutsuma atomistideks. Atomistid arvasid, et maailm koosneb arvutust hulgast nähtamatutest, jagamatutest ja üliväikestest osakestest . Nad nimetasid neid osakesi “aatomiteks”, mis kreeka keeles tähendab jagamatut. “ Aatomid ” on kuju, suuruse ja massi poolest väga mitmekesised: neid on krobelisi, siledaid, ümmargusi, kandilisi, mõned on konksukestega. “Aatomid” liiguvad tühjuses, põrkuvad omavahel kokku, haakuvad üksteisega, lähevad lahku. “Aatomite” kombinatsioonidest moodustub kogu looduse mitmekesisus .
Ligikaudu samal ajal tekkis rida teisi õpetlaste koolkondi , kes eitas aineosakeste olemasolu. Alles 17.-18. sajandil muutusid atomismi ideed valitsevaks.

Aine koosneb osakestest

Kehad koosnevad ainetest või ainete segudest. Ained koosnevad omakorda osakestest, kas aatomitest, molekulidest või ioonidest. Aatomeid, ioone ja lihtainete molekule pole nende väiksuse tõttu näha ei palja silmaga ega valgusmikroskoobiga. Hapniku, lämmastiku, süsihappegaasi ja paljude teiste gaasiliste ainete molekulide läbimõõt on ligikaudu . Osakesed liiguvad pidevalt, mõjutavad üksteist vastastikku.

Kuidas määrati aineosakese läbimõõt?

20. sajandi alguseks oli teada, et aine koosneb osakestest, kuid senini polnud määratud aineosakese suurust. Prantsuse teadlane Robert Reyleigh korraldas katse molekuli läbimõõdu hindamiseks.
Suurele veeloigule kukub tilgake õli. Õli valgub veepinnal laiali, kuid ei kata kogu loiku õliga. Õlikiht on nii õhuke, et seda mõõta pole võimalik. Teades aga veele langenud õlitiga ruumala (V) ja õlilaigu pindala (S), saab arvutada õlikihi paksuse (l).
Katse sai lugeda õnnestunuks, kui õlikiht vee peal on ühe molekuli paksune ehk monomolekulaarne. Sel juhul on õlikihi paksus võrdne molekuli läbimõõduga.



Molekulide läbimõõt.
Vesiniku aatom 0,12 nm (nanomeeter)
Vesiniku molekul (H2) 0,25.
Lämmastiku molekul (N2) 0,32 nm.
Hapniku molekul (O2) 0,30 nm.
Vee molekul (H2O) 0,30 nm.
Valgu molekul üle 400 μm.
Võrdlemiseks õhus heljuvate osakeste mõõtmeid.
Tolmuosake 0,1-0,001 mm.
Veepiisk udus 0,01-0,001 mm.

Aineosakeste vahel on vaba ruum

Mõnede vedelike segamisel ilmneb, et segu ruumala on väiksem komponentide ruumalast. Seda nimetatakse kontraktsiooninähtuseks. Kontraktsiooninähtus ilmneb etanooli (piirituse) ja vee segamisel. Kui segada 50 ml etanooli ja 50 ml vett, siis saadud segu ruumala on 94 ml. Segu ruumala on väiksem komponentide ruumalast.
Ruumala vähenemist segunemisel seletatakse sellega, et molekulide vahel on tühi ruum. Erinevate ainete molekulide vahel on tühi ruum ka erineva suurusega. Nii nagu jämeda liiva ja peene liiva segunemisel väheneb ruumala liivaterade vahel olevate tühimike arvel, nii väheneb ka vee molekulide (H2O) ja etanooli (CH3CH2OH) molekulide vahel oleva tühja ruumi arvel ainete segunemisel ruumala.

Ülesanded

Hinnake järgmistest andmetest vee molekuli läbimõõtu. Vee molekulmass on 18 g/mol. Avogadro arv on .

Hinnake sarnaselt ülesandega 1 vesiniku molekuli läbimõõtu.

Määrake veetilga ruumala.

1 tilk õli (0,05 cm3) valgus vee peale laiali ja moodustas 50 m2 suuruse õlilaigu. Kui suur on keskmiselt õli osakese läbimõõt. Eeldada, et molekul on kerakujuline. Õli moodustab vee peal monomolekulaarse kihi.

Hinnake mitu vee molekuli on udupiisas.

Veeauru kondenseerumisel lisandub tolmuosakesele (kondensatsioonitsentrile) igas sekundis tuhat vee molekuli. Kui kaua kestab udupiisa moodustumine?

Millise trükitud kirja kirjamärgi läbimõõt oleks sama suur kui vee molekuli miljoni (106) kordne suurendus? Kui suur oleks sama suurenduse korral oleks juuksekarv? Kui pikk oleks inimene?

Aineosakesed mõjutavad üksteist

Aineosakesed tõmbuvad omavahel, aga ka tõukuvad. Samaaegselt esineb nii tõmbe- kui tõukejõud.
Kui keha pole kokku surutud või välja venitatud, siis asuvad aineosakesed püsiva tasakaalu asendis. Osakeste kaugus teineteisest on selline, kus osakeste tõmbejõud ja tõukejõud on võrdsed ja vastassuunalised. Võrdsed ja vastassuunalised jõud on tasakaalus, mis tähendab summaarse jõu puudumist. Kui kehale mõjuvad võrdsed ja vastassuunalised jõud, siis see on samaväärne jõu puudumisega. Seega tavaolekus aine korral osakeste vahel jõud puudub.
Aineosakeste sellist kaugust, kus tõmbejõud ja tõukejõud on tasakaalus nimetatakse osakese mõjuraadiuseks. Mõjuraadiusest lähtuvalt kujutatakse ehk modelleeritakse aineosakest kerana. Lihtainete mõjuraadiuse suurusjärk on 10-10 m.
Keha venitamisel osakesed eemalduvad teineteisest. Nii tõmbejõud kui ka tõukejõud väheneb. Tõukejõud aga väheneb rohkem kui tõmbejõud. Tõmbejõud on tõukejõust suurem ja nende summa väljendub osakeste tõmbumises.
Aineosakeste eemaldumisel muutub tõukejõud tühiselt väikeseks ja valdavaks saab tõmbejõud.


Aineosakeste resultantjõu väljendiks on ka termin aineosakeste side.
Aineosakeste eemaldumisel side nõrgeneb. Osakeste eemaldumisel nii kaugele, et tõmbejõud muutub nulliks, katkeb side.
Keha kokkusurumisel osakesed lähenevad teineteisele. Nii tõmbejõud kui ka tõukejõud suurenevad. Tõukejõud aga suureneb rohkem kui tõmbejõud. Ülekaalus saab olema tõukejõud. Tõukejõudude tõttu on kehad raskesti kokkusurutavad.
Katse. Suruge kaks taskupeeglit teineteise vastu ja tõmmake siis eemale. Jõud, mis peeglite