Броуновское движение. Силы взаимодействия молекул

Диффузия –это явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.

Это перемешивание газов, жидкостей, твердых тел при непосредственном контакте. Движение молекул можно увидеть, например, наблюдая в микроскоп за частицами твердых веществ, за частицами пыли в воздухе, в луче солнечного света.  Все эти частицы совершают беспорядочное броуновское движение.
Броуновское движение - это тепловое движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе. Оно было открыто английским ботаником Броуном (1827 г.) и явилось наглядным доказательством хаотичного молекулярного движения.

Броун наблюдал в микроскоп поведение взвешенных в воде спор плауна, затем частичек камней египетских пирамид. Сейчас для наблюдения броуновского движения используют частицы краски гуммигут, которая не растворяется в воде. Все эти частички совершают беспорядочное движение, которое никогда не прекращается. Браун, наблюдая за спорами плауна, думал, что споры проявляют признаки жизни. Броуновские частицы движутся под влиянием ударов молекул.
Из-за хаотичности теплового движения молекул, эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате нашего наблюдения мы видим, что скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по величине и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную линию.
Броуновское движение тепловое и не прекращается никогда, а лишь меняет свою интенсивность. Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы. Вы видите траектории частиц. Положения отмечены точками через равные промежутки времени – 30 секунд, затем соединены все точки последовательно. Но данные траектории не являются точной траекторией, т. к. движение частиц, взвешенных в жидкости, не предсказуемо.
Пример движения частиц в газе можно увидеть, наблюдая за дымом в воздухе.

Немецкий физик Роберт Поль в начале 20 века описал броуновское движение так: «Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что совершается в природе. Перед ним открывается новый мир – безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения…» 
Медленно движутся большие частицы, можно сказать «дежурят у своего поста», постоянно меняя свое направление, которое невозможно угадать.
В настоящее время броуновское движение используется очень часто. Одним из примеров броуновского движения частиц является дрожание стрелок чувствительных измерительных приборов, которое происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды.
Молекулярно – кинетическая теория была создана Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

Затем Жан Перрен стал заниматься построением теории броуновского движения, а также её экспериментальным подтверждением. Он провел ряд опытов, основной целью которых было доказать причины броуновского движения частиц, доказать существование данного явления.
Концентрация молекул газа в атмосфере уменьшается с высотой. Рассмотрим 2 фактора.
1.    Если бы не было теплового движения, то все молекулы упали бы на Землю и исчезла бы атмосфера. 
2.    Если бы не было притяжения к Земле, то в результате теплового движения молекулы покинули бы Землю, так как одно из свойств  газа – способность к неограниченному расширению.
Эти факторы противоречат друг другу, в результате чего устанавливается определенное распределение молекул по высоте, т.е. количество молекул быстро уменьшается с высотой. Причем, концентрация больших молекул с высотой убывает быстрее.
Броуновские частицы участвуют в тепловом движении, очень мало взаимодействуя друг с другом, поэтому совокупность этих частиц в газе можно рассматривать как идеальный газ из очень тяжелых молекул. Перрен наблюдал за движением броуновских частиц в тонких слоях жидкости с помощью мощного микроскопа, имеющего большое увеличение и малую глубину поля зрения. Подсчитывая концентрацию частиц на разных высотах, он нашел, что концентрация броуновских частиц в газе или жидкости в поле тяжести Земли убывает по тому же закону, что и концентрация молекул в газе. Существует единственное отличие: скорость убывания частиц 
большая, так как броуновские частицы имеют большую массу. В результате проведения этих опытов Перрен смог определить число Авогадро другим способом, которое совпадало с уже известным. Это и послужило свидетельством правильности теории броуновского движения, а также тем, что броуновские частицы участвуют в тепловом движении молекул. 
Молекулы взаимодействуют друг с другом, без этого взаимодействия не было бы ни твердых, ни жидких веществ. Доказать существование этих сил взаимодействия между атомами и молекулами не сложно. 
Попробуйте разорвать кусочек пластилина. Сначала он растянется, затем в какой - то момент мы разорвем его. Это свидетельствует о действии сил притяжения между молекулами.
Теперь попробуем сжать кусочек пластилина. 
Вы видите, что как бы вы не старались, все равно не сможете его сжать до очень маленького размера.
Потому что в определенный момент начинают действовать силы отталкивания между молекулами.
Проведем ещё один опыт: сцепление свинцовых цилиндров. 
Из этого опыта видно, что между молекулами существуют силы притяжения.
Давайте разберем, как же возникает взаимодействие молекул.
Молекула – это сложная система, состоящая из отдельно заряженных частиц: электронов и атомных ядер. Вы знаете, что молекулы электрически нейтральны, однако на очень малых расстояниях между ними действуют значительные электрические силы: взаимодействие электронов и атомных ядер соседних молекул. Силы притяжения действуют на расстоянии равном 2-3 диаметрам молекул, если расстояние уменьшать, то начинают действовать силы отталкивания. На расстоянии равном размерам молекул силы отталкивания и притяжения равны, они компенсируют друг друга. Но если расстояние между молекулами становится намного больше размеров самих молекул, то действие сил взаимодействия не проявляется.

Действие сил между электрически нейтральными частицами очень мало.
В чем сходство и в чем различие между броуновским движением и диффузией? 
Броуновское движение – тепловое движение частиц в жидкости и газе.
Диффузия – перемешивание, взаимное проникновение частиц разных веществ друг в друга.