Bạn có rành về vật lý + hóa học không?

Một nhà hóa học không có kiến ​​thức về vật lý cũng giống như một người phải tìm kiếm mọi thứ bằng cách chạm vào. Và hai ngành khoa học này gắn bó với nhau đến mức một ngành không thể tồn tại hoàn hảo nếu không có ngành kia. Mikhail Lomonosov

… hóa học, theo tôi, nên vay mượn rất nhiều từ nghiên cứu vật lý và hóa học và thậm chí áp dụng một số phương pháp vật lý… Dmitry Mendeleev

Các nhà vật lý có thói quen lấy ví dụ đơn giản nhất của một hiện tượng và gọi nó là “vật lý”, và để lại những ví dụ phức tạp hơn để các ngành khoa học khác xé nát thành từng mảnh, chẳng hạn như … hóa học … Richard Feynman

Về bản chất, tất cả việc nấu ăn đều là vật lý (và tất nhiên là hóa học)… Jirl Walker

Hóa học là gì nếu không phải là quá trình trao đổi vật lý của các chất bằng vỏ electron! Albert Stasenko

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

VẬT LÝ + HÓA HỌC

Gì, một sự hợp tác khác giữa vật lý và các ngành khoa học tự nhiên liền kề, một liên minh liên ngành khác? Chắc chắn! Tất cả các loại kết hợp phát sinh nếu bạn cần kết hợp các nỗ lực, nếu ngày càng phức tạp bài toán đòi hỏi sự tổng hợp các phương pháp, ý tưởng, cách tiếp cận của các ngành khoa học khác nhau. Nhân tiện, không có gì đáng ngạc nhiên khi ở Moscow có hai viện hàn lâm - vật lý hóa học và hóa lý. Và trong các khóa học ở trường, chúng ta sẽ tìm thấy những điểm giao nhau giữa vật lý và hóa học - khi nói đến lý thuyết động học phân tử, cấu trúc của tinh thể, điện phân hoặc sự tương tác của bức xạ với vật chất. Chà, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu vật lý và hóa học xung quanh vùng lân cận của những điểm này.

Câu hỏi và bài toán

1. Thuốc chứa tám nguyên tử carbon, chín nguyên tử hydro, một nguyên tử nitơ và hai nguyên tử oxy trong phân tử. Công thức phân tử, trọng lượng phân tử tương đối và khối lượng mol của thuốc là gì? 2. Người ta biết rằng tốc độ của nhiều phản ứng hóa học tăng khi nhiệt độ tăng. Làm thế nào để tăng tốc độ của chúng mà không cần dùng đến chất làm nóng? 3. Các chất có tinh thể ở dạng “chất rắn Platon” – khối đa diện đều – có tồn tại trong tự nhiên không?

?

4. Gang nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn sắt. Tại sao? 5. Nhúng quả trứng vào dung dịch axit clohydric yếu. Đầu tiên nó chìm xuống, sau đó nổi lên, nổi lên trên, lại chìm xuống, v.v. Giải thích điều này như thế nào? 6. Một bình kín chứa đầy nước ở nhiệt độ 27 q C. Áp suất bên trong bình sẽ là bao nhiêu nếu lực tương tác giữa các phân tử nước biến mất và nhiệt độ không thay đổi? 7. Khí nào nặng hơn nitơ và nhẹ hơn oxy? 8. Trong một bình kín ở áp suất $p_{0}$ có hỗn hợp gồm một mol oxy và hai mol hydro. Giữa các khí xảy ra phản ứng tạo thành hơi nước. Áp suất nào sẽ được thiết lập trong bình sau khi làm nguội đến nhiệt độ ban đầu? Không xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước. 9. Các ion cùng dấu có thể được hình thành trong quá trình phân ly của phân tử không? 10. Làm thế nào bạn có thể biết được liệu có hiệu điện thế không đổi giữa chúng hay không bằng cách hạ hai dây dẫn từ một tế bào điện vào một cốc nước máy? 11. Bồn chứa nước bằng nhôm tấm đồng

đinh tán nhanh chóng bị phá hủy do ăn mòn. Tại sao? 12. Tại sao đựng hydrogen peroxide trong chai thủy tinh màu vàng? 13. Trong phòng vật lý trị liệu của các phòng khám, khi đốt đèn thạch anh sẽ ngửi thấy mùi ozone. Điều gì giải thích điều này? 14. Ngày nay, về nguyên tắc, giấc mơ của các nhà giả kim thời Trung cổ có thể thực hiện được - biến thủy ngân thành vàng. Làm sao?

Kinh nghiệm vi mô

Trong một cốc nước, một quả trứng gà tươi sẽ chìm xuống đáy. Bằng cách hòa tan muối ăn vào nước, bạn có thể làm cho quả trứng nổi lên. Quá trình nào “hướng dẫn” hành vi của trứng?

Thật thú vị rằng…

… những hạt nhỏ nhất - những phân tử riêng lẻ - của các chất vô cơ như muối ăn hay soda đều không tồn tại. Khi hòa tan, tinh thể của chúng vỡ ra, tạo thành các ion và chúng ta sẽ không tìm thấy bất kỳ phân tử “độc lập” nào trong dung dịch. … tác giả của định luật khí được biết đến từ quá trình vật lý, nhà khoa học người Anh Robert Boyle, vào thế kỷ 17, đã phát minh ra thiết bị hóa học đầu tiên - dụng cụ đo độ axit của môi trường (giấy quỳ), trở thành bước khởi đầu từ thuật giả kim cổ đại đến khoa học hiện đại. … sau khi tiến hành nhiều thí nghiệm với 45 chất ở nhiều mức độ pha loãng khác nhau, nhà hóa học vật lý người Thụy Điển Svante Arrhenius đã tạo ra lý thuyết về sự phân ly điện phân, tuy nhiên, lý thuyết này đã vấp phải sự phản đối của các nhà khoa học lỗi lạc, bao gồm cả Mendeleev. Tuy nhiên, lý thuyết này hóa ra lại cực kỳ hiệu quả cho sự phát triển của khoa học, và Arrhenius là một trong những người đầu tiên được trao giải Nobel Hóa học vào năm 1903. …người đoạt giải Nobel đầu tiên về hóa học là nhà khoa học người Hà Lan Jacob Van’t Hoff. Giống như Arrhenius, ông đã hiểu được sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ, nhân tiện, điều này đặc biệt quan trọng đối với nhiều quá trình hóa học hữu cơ, bao gồm cả nấu ăn. … cơ học lượng tử nhận được công thức cuối cùng và rõ ràng vào năm 1926, trong phương trình nổi tiếng do nhà vật lý lý thuyết người Áo Erwin Schrödinger rút ra. Phương trình này đặt toàn bộ hoạt động hóa học trên một nền tảng lý thuyết vững chắc: ý nghĩa của số nguyên tử trong bảng tuần hoàn và giá trị hóa trị trở nên rõ ràng, đồng thời bản chất của các liên kết hóa học cũng được làm rõ. … được các nhà vật lý phát hiện vào những năm bốn mươi của thế kỷ trước, cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) hóa ra là một trong những phương pháp phân tích quan trọng nhất trong hóa học, không thể thiếu trong nghiên cứu các phân tử hữu cơ phức tạp. …vào năm 1981, các nhà vật lý G. Binnig và G. Rohrer từ chi nhánh IBM ở Thụy Sĩ đã tạo ra một kính hiển vi quét xuyên hầm, dẫn đến khả năng lắp ráp các cấu trúc phân tử từ từng nguyên tử riêng lẻ. Đây là cách mà một hướng gọi là “công nghệ nano” nảy sinh. … trong số những thành tựu của điện hóa học, pin lithium-ion nổi bật, ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. Vì vậy, đối với máy bay không người lái, chúng tỏ ra tốt vì không để lại dấu vết nhiệt và vượt trội hơn các loại nguồn điện tương tự khác về năng lượng riêng.

Đọc gì trong «Kvant» về sự kết hợp giữa vật lý và hóa học

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Đun sôi, hấp hay rửa sạch?” – 2017, số 9, tr.2; 2. “D.I.Mendeleev và hệ tuần hoàn các nguyên tố” – 2019, số 5, tr.2; 3. “Nguồn điện” – 2020, số 4, tr. 2; 4. “Tuổi thọ của viên sủi trong ly nước” – 2021, số 9, tr. 2, số 10, tr. 12; 5. “Hiệu ứng nhiệt - bản chất lượng tử” - 2022, số 2, tr. 12.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

37

LA BOR TẠI HOẶC I

“QUAN TA”

Hình 2. Các tia gần như song song từ Mặt trời tới Trái đất và Mặt trăng

Vì Trái Đất có vẻ phẳng đối với chúng ta nên chúng ta sẽ giả sử rằng người quan sát đang đứng trên một mặt phẳng tiếp xúc với quả cầu Trái Đất. Sau đó, vào lúc hoàng hôn, các tia của nó đi tới Mặt trăng và tới người quan sát song song với mặt phẳng mà người quan sát đang đứng. Nhưng đối với chúng ta, các đường thẳng song song dường như đang hội tụ ở đường chân trời (phối cảnh). Hãy vẽ một mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm của Mặt trời và Mặt trăng. Để rõ ràng, trong cùng một mặt phẳng, chúng ta sẽ đặt một số cột điện báo có dây hội tụ ở đường chân trời (Hình 3). Dây song song

Mặt trăng

Một góc vuông có vẻ tù túng

Hình 4. Ảo tưởng về kẻ hủy diệt mặt trăng tại nhà

tới Mặt Trăng ít nhất 45 độ so với đường chân trời. Bằng cách quay trục, chúng ta sẽ thu được các vị trí khác nhau của Mặt trăng, Mặt trời và người quan sát so với nhau (Hình 5). Hãy so sánh vị trí của mô hình Mặt trăng với hình ảnh thực tế của Mặt trăng (Hình 6). Chúng hoàn toàn nhất quán với nhau và do đó mô hình thực sự thể hiện ảo giác về kẻ hủy diệt mặt trăng.

Hình 3. Các tia sáng song song của Mặt trời trong các trụ – Mặt trăng – Mặt trời hội tụ ở đường chân trời

chúng ta trước tia nắng mặt trời. Mặt trời lúc hoàng hôn nằm phía sau và bên phải người quan sát. Đường chân trời được xác định bởi hướng chúng ta nhìn vào Mặt trăng. Ảo ảnh của kẻ hủy diệt mặt trăng là các tia song song hội tụ ở đường chân trời dường như đến từ phía trên. Mô hình mặt trăng. Ví dụ: hãy lấy một quả bóng dành cho bóng bàn hoặc một quả bóng cây thông Noel không cần thiết và sơn nó màu trắng và đen. Nửa màu trắng sẽ tượng trưng cho phần được chiếu sáng của Mặt trăng, còn nửa màu đen sẽ tượng trưng cho phần không được chiếu sáng. Mặt màu trắng được coi là hướng về phía Mặt trời, với các tia sáng của Mặt trời vuông góc với mặt phẳng tận cùng. Nhìn vào Mặt trăng bóng từ bên dưới, chúng ta thấy một phần của mặt được chiếu sáng của Mặt trăng và một phần - phần không được chiếu sáng. Quả bóng phải được đặt trên một trục dài khoảng nửa mét và được giữ ở độ dài sải tay trước mặt bạn (Hình 4). Đưa ra quan điểm

Hình 5. Các tia Mặt trời, song song với bệ của người quan sát, chiếu sáng mô hình Mặt trăng từ các phía khác nhau. Thanh ngang hướng về phía Mặt Trời

Hình 6. So sánh mô hình Mặt Trăng với hình ảnh Mặt Trăng thực tế