Как сделать из пластилина молекулы воды: Как сделать модель молекулы. Как слепить молекулы из пластилина. Вопросы и задания

Содержание

модель молекулы воды и метана, пропана и аммиака. Как сделать их из зубочисток и пластилина?

Поделки из пластилина

Химия, изложенная скучным научным языком, вряд ли заинтересует школьника. А вот если подключить наглядные пособия, обучение пойдет веселее. Еще интереснее изготовить макет своими руками. В статье расскажем, как с помощью пластилина можно сделать модель молекулы. Для познавательного урока подойдет структура любой молекулы: железа, спирта, углекислого газа. Подробнее остановимся на нескольких вариантах. Модели остальных веществ будут выполняться по тем же правилам: атомы лепим из пластилина, а для структурных связей используем зубочистки или спички.

Что необходимо?

Прежде чем приступать к уроку лепки, а заодно и химии, необходимо подготовить следующие материалы:

пластилин нескольких оттенков;
зубочистки или спички;
доску или клеенку для работы с пластилином;
формулы молекул, взятые из интернета или учебника химии.

Когда все будет готово, можно приступать к изготовлению молекулярной модели любого вещества.

Как слепить разные модели?

Лучше сразу лепить по схеме модель молекулы конкретного вещества, чем начинать объяснения о микрообъектах абстрактных изделий. Сначала расскажем о структурных связях элементов на примере разных веществ: метана, этана, этилена, метилена.

Для наглядности будем видоизменять каждую изготовленную молекулу, выстраивая из нее схему следующей познавательной модели. Это несложно сделать, так как во всех схемах участвует связь углерода и водорода.

Метан

Сначала возьмем за основу простую молекулу природного газа метана, она имеет формулу СН4. Чтобы изготовить соответствующую модель, скатайте из пластилина синего цвета четыре небольших шарика: они будут представлять водород. Затем подготовьте красный шарик, размером в несколько раз крупнее синих, – углерод. Структурные связи выполняйте спичками, присоединив к углероду 4 водорода. Получилась простейшая модель молекулы метана.

Этан

Органическое соединение этана С2Н6 в схематическом варианте выглядит сложнее метана, но конструктивно модель выполняется из тех же пластилиновых деталей и спичек, поэтому изготовить ее не составит труда.

Из скульптурной фигурки метана уберите одну спичку с синим элементом. В результате остается углерод с двумя водородными связями. Для образования этана нам понадобится два таких комплекта. Связав их между собой дополнительной спичкой, мы получим соединение этана.

Этилен

Чтобы составить модель этилена, делаем структуру с двойной связью. Для этого из конструкции этана убираем от каждого красного шара по одной спичке с синими элементами и добавляем еще одну соединительную спичку между углеродными шариками. Вот что у нас получилось.

Метилен

Теперь на примере метилена (СН2) поучимся делать цепочку связей. Для этого скатайте 3 шарика одинаковых размеров: один красный (углерод) и 2 синих (водород).

Составляем молекулу метилена с двойной связью, собирая цепочку по следующей схеме: водород-углерод-водород, то есть синий шар соединяем двумя спичками с красным и снова двумя спичками с синим шаром. Все элементы выстраиваем в одну линию.

С познавательной целью предлагаем собрать еще ряд молекул разных химических веществ.

Пропан

Этот газ относится к соединениям, содержащим 3 атома углерода и 8 атомов водорода (С3Р8). Для пространственной модели нужно изготовить из пластилина 3 крупных красных шарика и 8 мелких синих горошин. В качестве соединительных связей нам понадобится 10 спичек.

Сборка модели молекулы пропана происходит следующим способом.

К одному из красных шаров с помощью спичек крепим 3 синих горошины.
Конструкцию дублируем, так как нам нужны два одинаковых варианта.
К оставшемуся третьему красному шару добавляем две синих горошины, закрепленных на спичках.
Теперь все три части соединяем вместе. В центре должен находиться атом углерода с двумя атомами водорода, а по краям у каждого углерода должно быть по 3 атома водорода.

Тип связей, который отвечает за структуру молекулы пропана, такой же, как и у газов бутана, метана.

Аммиак

Представляет собой неорганическое бинарное соединение азота и водорода (Nh4). Аммиак – газ, не имеющий цвета, но легко распознаваемый по характерному запаху. В предыдущих моделях мы использовали для лепки атома водорода синий пластилин, а для углерода – красный.

Моделируя молекулу аммиака, также воспользуйтесь синим цветом для трех атомов водорода, то есть слепите 3 синих шарика.

Для азота выберите какой-либо другой цвет, например, желтый. Понадобится один шарик такого оттенка. Теперь с помощью спичек к азоту (желтый шар) присоедините 3 водорода (синие шары). Модель аммиака готова.

Хлор

Этот галоген широко распространен в окружающем мире. Молекулярное строение газа крайне простое, оно содержит всего два атома (Cl2).

Хлор тяжелее воздуха, имеет зеленовато-желтый оттенок и токсичный резкий запах.

Изобразить его молекулы несложно. Нужно вылепить из пластилина два зеленых шара и соединить их одной спичкой. Еще более простой способ – присоединить два шара боками друг к другу, не прибегая к помощи спичек или зубочисток.

Соль

Сложное вещество, представленное в природе разными вариантами, например, хлорид натрия (NaCl), сульфат кальция (CaSo4). NaCl еще называют поваренной солью, с ней знаком каждый из нас, так как она является пищевой.

Для изготовления соединения поваренной соли делаем два шара: небольшой зеленый (хлор) и крупный коричневый (натрий). Чтобы они стали единой молекулой, достаточно прижать шары друг к другу, но можно воспользоваться и спичкой, символизирующей соединительные связи.

Полезные советы

Современные родители и без советов знают, как развивать своих детей, но мы все же озвучим несколько рекомендаций.

Если хотите донести до школьника сложную информацию, находите нестандартные пути ее подачи. В нашем случае обучение химии происходит через 3D-моделирование.

Полезные моменты заключаются в следующем.

Дети усваивают новые знания.
Способ получения информации сопровождается творческим процессом ваяния объемных фигурок. Он увлекает и дает возможность ученику заинтересоваться таким сложным предметом, как химия.
Работа с пластилином развивает моторику рук, поэтому она полезна для мыслительной деятельности и творческого потенциала.
Занятия лепкой помогают в становлении таких полезных качеств, как воображение, усидчивость и сосредоточенность.

Начинайте обучение с простых, но реально существующих моделей молекул. Ребенок сразу должен себя почувствовать причастным к настоящей науке.

Предложите сыну или дочери, пользуясь учебником (интернетом), самостоятельно найти формулы молекул, которые вы еще не проходили. Пусть ребенок с помощью найденной схемы и своего воображения изготовит макет без посторонней помощи. Его может заинтересовать, из каких молекул состоит воздух, кислород, вода, золото, алмаз или сладкий сахар.

Делаем модель молекулы воды из пластилина далее.

Молекула воды из пластилина: фото

[h3]
Молекула воды[/h3]

С водой связана вся жизнь человека – от самого зарождения и до смерти. Вода – это одно из самых первых веществ, которое начинает изучать маленький исследователь – в ванне, луже и даже на кухонном столе. Ее уникальные свойства испаряться, замерзать, таять (плавиться) привлекает умы деток постарше.

Но о том, почему так происходит и из чего состоит хорошо известная вода – узнается только в старших классах школы. Однако мы склонны считать, что не стоит ждать пока познавательный интерес к этому уникальному по своим свойствам веществу начнет угасать. Ведь даже старшему дошкольнику доступны к пониманию понятия атом и молекула, тем более если их модели слепить своими собственными руками, опираясь на научные данные (с помощью взрослых).

Моделируем молекулу из пластилина

Для того чтобы смоделировать молекулу воды потребуется пластилин двух цветов и спички.

Молекула воды состоит из атомов двух элементов – водорода и кислорода

.
В Периодической системе Д.И. Менделеева эти элементы расположены под номером 1 и 8. Этот номер называется порядковым. Ниже в этой же клеточке есть еще одно число (с несколькими цифрами после запятой) – это относительная атомная масса элемента.
Для большей наглядности на кухонных электронных весах можно измерить массу пластилиновых шариков, демонстрирующих атомы этих элементов.
[h3]
Кислорода:[/h3]

водорода:

Заметим, что масса получившихся «атомов» по сравнению с настоящими увеличена в 1000 000 000 000 000 000 000 000 (10 в 24 степени) раз.

По размеру получилось примерно, что атом кислорода «похож» со сливу, а атом водорода – на горошину.

В молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода располагаются достаточно близко друг к другу, но под определенным углом. Если обозначить «центр» атома кислорода точкой, приложить к нему центральную метку транспортира, то атомы водорода будут находиться по отношению друг к другу под углом 104 градуса.

В итоге у нас получилась вот такая модель молекулы воды:

Масштабное моделирование молекул.

Шульженко М.А. 1Денисов М.А. 1

1МОУ Быковская СОШ №14

Макаренкова Г.Ю. 1

1МОУ Быковская СОШ №14

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

1 Введение.

Вся материя состоит из атомов. Это то, что мы теперь представляем, как само собой разумеющееся. И, как вы знаете из истории, представления о существовании атомов возникли еще в древности. Авторство возникновения этой теории чаще всего приписывается Демокриту (460-370 до н.э.) и его наставнику Левкиппу. Хотя их идеи об атомах были рудиментарными по сравнению с нынешней концепцией сегодня, они обрисовал важную идею, состоящую в том, что все состоит из атомов – невидимых и неделимых сфер материи бесконечного типа и числа.

С греческого «атом» переводится как «неделимый». Долгое время термины «атом», «корпускула», «молекула» были почти синонимами. Совсем недавно, по меркам истории, появилось представление о том, что же такое атом, причем ученые до сих пор спорят, как именно атом выглядит.

Ясность внесли химики всего мира в 1860 году. Ученые приняли решение называть атомами мельчайшие неделимые частицы вещества. Если химически устойчивая единица вещества включала в себя несколько атомов, то соответственно говорилось о том, что вещество состоит из молекул. Таким образом, ученые разделили все вещества на имеющие молекулярное и немолекулярное строение.

Нам стало интересно, какую форму имеют разные молекулы, как атомы располагаются в пространстве в различных молекулах, как выглядит молекулы окружающих нас веществ. Поэтому мы решили создать учебный комплект, который включал бы несколько простых, но разнообразных по пространственному строению молекул.

Цели проекта:

изучить строение различных молекул;

создать масштабные модели, отразив их реальные размеры;

создать учебный фильм в формате презентации, освещающий тему молекулярного строения веществ для курсов химии 7-8 классов;

Задачи проекта

найти информацию о молекулярном строении вещества и подготовить обзор литературы;

найти информацию о линейных размерах молекул некоторых неорганических и органических веществ;

перевести указанные размеры в единый масштаб;

сделать чертежи различных молекул в указанном масштабе;

создать шаростержневые модели молекул из фольги, деревянных шпажек и модельного пластилина (застывающего) в указанном масштабе;

создать полусферические модели молекул из фольги и модельного пластилина (застывающего) в указанном масштабе;

подготовить учебный фильм в формате презентации, в которой объясняется молекулярное строение веществ и показываются молекулы различных веществ;

показать фильм учащимся 7-8 классов нашей школы;

сделать выводы по результатам проекта.

Объект исследования – молекулы некоторых органических и неорганических веществ.

Предмет исследования – создание масштабных, объёмных моделей выбранных веществ.

Молекулярные вещества – это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются молекулы. Молекулярные вещества имеют низкие температуры плавления и кипения и находятся в стандартных условиях в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Немолекулярные вещества – это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются атомы или ионы. Немолекулярные вещества находятся в стандартных условиях в твердом агрегатном состоянии и имеют высокие температуры плавления и кипения.

Все молекулы состоят из атомов, как химически неделимых мельчайших частиц вещества. Атомы имеют свой радиус, упрощенно их можно представить в виде сферы. Атомы в молекулах связаны друг с другом химическими связями, тем самым достигается прочность молекулы в пространстве и времени. Связи могут быть как одинарные, так и кратные – двойные, тройные. При этом атомы находятся на некотором расстоянии друг от друга, так как ядра атомов имеют одноименные заряды и поэтому отталкиваются. Следовательно, для изображения молекулы необходимо учитывать следующие параметры.

Длина связи. Для обозначения этих расстояний между атомами в молекуле используется понятие ковалентный радиус. Длина простой связи является величиной аддитивной: она примерно равна сумме ковалентных радиусов двух атомов. В последнее время атомные радиусы и расстояние между атомами принято выражать в пикометрах (пм, 1 пм = 10^-12м). Ранее длину связей представляли в ангстремах (Å, 1Å = 100пм).

Валентные углы. Направление ковалентных связей характеризуется валентными углами – углами между линиями, соединяющими связываемые атомы. Графическая формула химической частицы не несёт информации о валентных углах. Например, в сульфат-ионе SO₄^2- валентные углы между связями сера-кислород равны 109,5°. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет её пространственное строение. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений. Оценить значения валентных углов можно теоретически, исходя из электронного строения химической частицы.

Энергия ковалентной связи. Химическое соединение образуется из отдельных атомов только в том случае, если это энергетически выгодно. Если силы притяжения преобладают над силами отталкивания, потенциальная энергия взаимодействующих атомов понижается, в противном случае – повышается.

Параметры ковалентной связи. Совокупность атомов, образующих химическую частицу, существенно отличается от совокупности свободных атомов. Образование химической связи приводит, в частности, к изменению радиусов атомов и их энергии. Происходит также перераспределение электронной плотности: повышается вероятность нахождения электронов в пространстве между связываемыми атомами.

При образовании химической связи в молекуле всегда происходит сближение атомов – расстояние между ними меньше, чем сумма радиусов изолированных атомов. Межъядерное расстояние между химически связанными атомами называется длиной химической связи.

Во многих случаях длину связи между атомами в молекуле вещества можно предсказать, зная расстояние между этими атомами в других химических веществах. Длина связи между атомами углерода равна 154 пм, между атомами в молекуле хлора–199 пм. Полусумма расстояний между атомами углерода и хлора, рассчитанная из этих данных, составляет 177 пм, что совпадает с экспериментально измеренной длиной связи в молекуле CCl₄.

В то же время это правило выполняется не всегда. Например, расстояние между атомами водорода и брома в двухатомных молекулах составляет 74 пм и 228 пм, соответственно. Среднее арифметическое этих чисел составляет 151 пм, однако реальное расстояние между атомами в молекуле бромоводорода равно 141 пм, то есть заметно меньше.

Расстояние между атомами существенно уменьшается при образовании кратных связей. Чем выше кратность связи, тем короче межатомное расстояние. Двойная связь на 10%-20% короче простой связи.

Существуют следующие основные геометрические формы молекул:

Линейная;

Треугольная;

Тетраэдрическая

Тригонально-бипирамидальная

Октаэдрическая.

Данные формы молекул представлены на рисунке 1.

Некоторые молекулы не укладываются в данную классификацию и имеют свою уникальную форму. При этом молекула может лежать на плоскости или быть объемной.

Рисунок 1. Основные формы молекул (слева направо: линейная, треугольная, тетраэдрическая, тригонально-бипирамидальная, октаэдрическая.)

Основной структурной единицей веществ, имеющих молекулярное строение, является молекула. Молекула состоит из ограниченного числа атомов, связанных друг с другом ковалентными химическими связями. Заряд молекулы также как и атома равен нулю.

Можно сказать, что молекула – это группировка взаимосвязанных атомов различных химических элементов, поэтому атомы при сближении должны каким-то образом друг с другом связаться, чтобы молекула была устойчива в пространстве.

Первый способ – это ионная связь. В результате образования связей одни атомы отдают (теряют) свои электроны, а другие атомы присоединяют эти электроны. В обоих случаях образуются ионы (заряженные частицы) которые притягиваются. Схема образования ионной связи показана на рисунке 2. В этом случае получается вещество немолекулярного строения. Такие вещества в нашем проекте мы рассматривать не будем.

Рисунок 2. Схема образования поваренной соли.

Второй способ – это ковалентная связь. Этот способ заключается в обобществлении внешних электронов. При сближении нескольких атомов отдельные электроны, находящиеся на внешней электронной оболочке, престают принадлежать какому-то одному атому, а становятся общими (обменными) для двух атомов. Такие электроны называются валентными.

Общие электронные пары могут возникать двумя способами: в результате обобществления неспаренных валентных электронов (обменный или коллигативный механизм) и в результате обобществления неподелённой электронной пары одного из атомов (донорно-акцепторный механизм). Количество общих электронных пар, образуемых атомом, принято называть его валентностью.

Например, так группируется молекула углекислого газа. Она состоит из атома углерода и двух атомов кислорода. У углерода 4 электрона на внешнем электронном уровне, у кислорода – 6. Возникает молекула следующим образом: углерод индивидуально себе оставляет 2 внутренних электрона, а четыре внешних электрона делятся на пары: одна пара электронов связывается с одним атомом кислорода, другая пара со вторым атомом кислорода. Связывается – значит, эта пара электронов вращается и вокруг кислорода, и вокруг углерода одновременно. Кислород на каждый такой «обмен» отдает по два электрона. Кислород в таком соединении двухвалентен, а углерод – четырехвалентен. Схема образования такой связи представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема молекулы углекислого газа. «Обменные» электроны показаны кружочками вне оболочек.

В результате такого процесса объединения атомов в молекулу, около каждого ядра кислорода движется по 8 электронов и вокруг атома углерода тоже 8 электронов.

Молекулы всегда имеют постоянный состав, поэтому и вещества молекулярного строения имеют постоянный состав, т.е. являются дальтонидами. Дальтониды подчиняются закону постоянства состава – закону Пруста (Ж. Л. Пруст, 1801—1808 гг.).

Объединяясь в молекулу, атомы образуют определённую 2D или 3D-структуру (треугольник, квадрат, тетраэдр, октаэдр и т.д.). Данная структура устойчивая и единственно возможная для каждого отдельного соединения. Проще говоря – каждая молекула одного вещества (например: воды) имеет одни и те же размеры и выглядит одинаково.

Особо отметим, что если связи между атомами ковалентные, то это не свидетельство того, что вещество имеет молекулярное строение, т.е. состоит из молекул. Например, связи между атомами кремния и кислорода в SiO₂ являются ковалентными, но SiO₂ имеет атомное строение.

Для наглядного изображения пространственного строения молекул применяют различные модели: шаростержневая модель, полусферическая модель Стюарта-Бриглеба, модель Драйдинга. Примеры данных моделей представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Виды моделей атомов.

4 Практическая часть: создание чертежей.

Мы для своего проекта выбрали вещества молекулярного строения, потому что единицей такого вещества является молекула, имеющая постоянные линейные размеры и форму. Для реализации нашего проекта мы выбрали 12 веществ, среди которых взяли некоторые неорганические и органические вещества, которые упоминаются в школьном курсе химии и будут знакомы и интересны учащимся. Вот эти вещества:

водород Н₂; кислород О₂; озон О₃; азот N₂; вода H₂O; аммиак NH₃; угарный газ СО; углекислый газ СО₂; метан СН₄; этилен С₂Н₄; бензол С₆Н₆; ромбическая сера S₈.

Также мы постарались выбрать вещества разнообразные и интересные по строению молекулы, чтобы можно было рассмотреть различную форму молекул.

Мы собрали информацию о размерах молекул и валентных углах между отдельными атомами. Они представлены в таблице 1. Далее мы перевели все линейные размеры молекул в масштабе в 5см 0,1нм, кроме молекулы ромбической серы – масштаб в 2,8см 0,1нм. Данные представлены в таблице 2.

После этого, используя полученные данные, мы начертили модели на бумаге. Михаил Денисов делал чертежи шаровых моделей атомов, а Михаил Шульженко – шаростержневых моделей. Михаил Шульженко сперва чертил атомы, а потом соединения между атомами, а Михаил Денисов, наоборот, сперва начертил соединения, а после сами атомы. Получалось не сразу, но потом мы приноровились и от молекулы к молекуле чертили всё лучше и лучше. Для контрастности мы раскрасили атомы в соответствующие цвета, принятые для обозначения различных элементов в химии.

Фотографии наших чертежей вы можете видеть в приложении 1 на рисунках 5-11.

Таблица 1. Линейные размеры молекул.

Формула вещества	Длина связей (нанометры)	Радиус атома (нанометры)	Валентный угол, градусы
H₂	0,074	0,053	180
O₂	0,121	0,06	180
O₃	0,128	0,06	116,8
N₂	0,11	0,065	180
H₂O	0,096	Водород-0,053 Кислород-0,06	104,45
NH₃	0,1017	Азот-0,065 Водород-0,053	107
CO	0,113	Углерод-0,07 Кислород- 0,06	180
CO₂	0,116	Углерод-0,07 Кислород-0,06	180
CH₄	0,1087	Углерод-0,07 Водород-0,053	109
C₂H₄	Между С-0,133 Между С и Н-0,108	Углерод-0,07 Водород-0,053	120
C₆H₆	0,140	Углерод-0,07 Водород-0,053	120
S₈	0,206	0,1	108

Таблица 2. Вычисление размеров молекул, исходя из масштаба в 5см 0,1нм, кроме молекулы ромбической серы – масштаб в 2,8см 0,1нм.

Формула вещества.	Длина связей в масштабе (сантиметры)	Радиус атома в масштабе (сантиметры)	Валентный угол, градусы
H₂	(0,074*5)/0,1=3,7	(0,053*5)/0,1= 2,65	180
O₂	(0,121*5)/0,1=6,05	(0,06*5)/0,1=3	180
O₃	(0,128*5)/0,1=6,4	(0,06*5)/0,1=3	116,8
N₂	(0,11*5)/0,1=5,5	(0,065*5)/0,1=3,25	180
H₂O	(0,096*5)/0,1=4,8	(0,0535)/0,1=2,65 (0,065)/0,1=3	104,45
NH₃	(0,1017*5)/0,1=5,9	(0,0655)/0,1=3,25 (0,0535)/0,1=2,65	107
CO	(0,113*5)/0,1=5,65	(0,075)/0,1=3,5 (0,065)/0,1=3	180
CO₂	(0,116*5)/0,1=5,8	(0,075)/0,1=3,5 (0,065)/0,1=3	180
CH₄	(0,1087*5)/0,1=5,4	(0,075)/0,1=3,5 (0,0535)/0,1=2,65	109
C₂H₄	(0,1335)/0,1=5,65 (0,1085)/0,1=5,4	(0,075)/0,1=3,5 (0,0535)/0,1=2,65	120
C₆H₆	(0,140*5)/0,1=7	(0,075)/0,1=3,5 (0,0535)/0,1=2,65	120
S₈	(0,206*2,8)/0,1=4,4	(0,1*2,8)/0,1=2,8	108

5 Практическая часть: создание моделей молекул.

Используя чертежи, мы перешли непосредственно к созданию объемных моделей молекул. Для изготовления моделей мы применяли:

Алюминиевую фольгу для наполнения (придания объема) атомам;

Легкий пластилин (застывающий) для формирования оболочки атомов;

Деревянные шпажки для конструирования связей в молекуле.

Для измерения длины мы использовали линейку, для измерения углов – транспортир.

Первоначально мы сминали фольгу и измеряли заготовки по чертежу (первоначальная подгонка), когда шары из фольги становились сходными по размеру с чертёжными, мы покрывали их пластилином определённого цвета, добиваясь соответствия размеру.

Затем мы брали деревянные шпажки, обрезали их под нужный размер, оставляя место для крепления в атомы, затачивали один из концов ножницами и крепили их в готовые атомы под определённым углом. Углы измеряли транспортиром. Полученные модели представлены в приложении 2 на рисунках 12-23 (шаростержневые модели) и на рисунках 25-27 (полусферические модели).

Сперва для крепления атомов в молекулах мы использовали тонкие деревянные шпажки, но при этом страдала прочность конструкции – такую модель нельзя было взять в руки и рассмотреть со всех сторон без риска разрушения конструкции. Поэтому для того, чтобы ребятам впоследствии можно было подержать в руках наши модели, мы в большинстве молекул заменили тонкие шпажки на деревянные рейки с применением клея. В качестве примера как мы переделали наши модели, рисунок 24 в приложении 2. Во всем остальном, кроме толщины деревянных реек, наши модели остались прежними и мы их не стали приводить их фотографии, чтобы не повторяться.

6 Выводы по результатам проекта.

В результате наших исследований мы можем сделать следующие выводы:

большое количество веществ нашей Вселенной имеет молекулярное строение, то есть состоит из отдельных, устойчивых во времени и пространстве молекул;

все молекулы имеют разный размер, зависящий от количества атомов в молекуле, характеристик этих атомов, характера химических связей и ее длины;

состав молекул, а также их форма напрямую влияют на свойства вещества, которое образовано этими молекулами;

форма некоторых молекул симметрична и уникальна;

наглядные пособия, которые у нас получились можно использовать при изучении атомно-молекулярного учения, молекулярного строения веществ и т.д.;

не всегда валентность совпадает с количеством связей в молекуле.

7 Практическая часть: создание учебного фильма.

При использовании возможностей программы PowerPoint и Word нами был разработан и выполнен учебный фильм. Слайды данного фильма представлены в приложении 3.

8. Заключение

Одним из основополагающих понятий современной науки и материалистического представления об устройстве Вселенной является понятия атома и молекулы. На международном съезде химиков в Карлсруэ (Германия) в 1860 году были официально приняты определения этих понятий. Данное введение дало последующий толчок к развитию не только химии и физики, но и других естественных наук. Постепенно, с открытием химического состава молекул (химической формулы) и разработками более совершенных методов исследования строения вещества, были получены знания о размерах и форме тех или иных молекул. Стало возможно построение молекулярных моделей.

Молекулярные модели дают наглядное представление о том, как именно устроены молекулы, а зная эти особенности легко понимать особенности физических и химических свойств вещества. На основании знаний о физических и химических свойствах можно предсказать строение молекул веществ, в ней участвующих. Также противоположное заключение тоже будет верным: на основании сведений о строении молекулы вещества реально предсказать его поведение во время химической реакции.

Разрабатывая свой проект, мы сперва не ожидали большого эффекта, но постепенно увлеклись и создали достаточно большой набор наглядных пособий моделей разнообразных неорганических и органических молекул. Наши пособия позволили нам создать учебный фильм, который дает учащимся возможность окунуться в микромир, увидеть какими причудливыми бывают порой молекулы. А самым любопытным учащимся мы даем возможность потрогать, подержать в руках и поближе рассмотреть наши модели.

Так как учение о молекулах для химической науки является одним из самых главных, то наш проект, надеемся, даст учащимся возможность лучше понять и изучить важнейшие сведения о составе и свойствах этой мельчайшей единицы вещества.

В будущем мы хотели бы продолжить свои исследования и может быть попытаться создать модель природных и искусственных макромолекул (полимеров) в нескольких масштабах, а также дополнить коллекцию примерами других интересных молекул.

9. Список литературы.

Материал по молекулярному строению вещества на образовательном портале Фоксфорд.

Х.Д.Хёльтье, В. Зиппль, Д. Роньян, Г. Фолькерс «Молекулярное моделирование.» — М.: Бином, 2010.

Молекулярная модель — https://ru.qaz.wiki/wiki/Molecular_model

Молекула — определение, строение и свойства Источник: https://nauka.club/fizika/molekula.html

http://examchemistry.com/content/lesson/veshestva/molekulyarnoestroenye.html

https://studopedia.ru/23_11453_sposobi-otobrazheniya-stroeniya-molekul-formuli-modeli.html

https://zen.yandex.ru/media/id/5a630d2c9b403c5442578563/pogovorim-o-molekulah-kak-obrazuiutsia-molekuly-5b0cfaee3c50f79e15532009

https://zen.yandex.ru/media/id/5a630d2c9b403c5442578563/pogovorim-o-molekulah-kak-predstavit-sebe-ih-formu-5b2a533724611300a945efa7

https://zen.yandex.ru/media/disttutor/vescestva-molekuliarnogo-stroeniia-5d72366532335400ad8be80d

Вид конкурсной работы: Учебный проект.

Тема: Масштабное моделирование молекул.

Авторы: Шульженко Михаил Андреевич, Денисов Михаил Андреевич, 8 класс.

Приложение 1. Чертежи молекул в масштабе в 5см 0,1нм

Рисунок 5. Чертеж молекулы воды Н₂О

Рисунок 6. Чертеж молекул азота N₂и озона О₃

Рисунок 7. Чертеж молекул водорода Н₂ кислорода О₂, угарного газа СО и углекислого газа СО₂

Рисунок 8. Чертеж молекулы аммиака NH₃

Рисунок 9. Чертеж молекулы метана СН₄

Рисунок 10. Чертеж молекулы этана С₂Н₄

Рисунок 11. Чертеж молекулы бензола С₆Н₆

Вид конкурсной работы: Учебный проект.

Тема: Масштабное моделирование молекул.

Авторы: Шульженко Михаил Андреевич, Денисов Михаил Андреевич, 8 класс.

Приложение 2. Масштабные модели молекул.

Рисунки 12-24 – шаростержневые модели, рисунки 25-27 – полусферические.

Рисунок 12. Масштабная модель молекулы кислорода О₂

Рисунок 13. Масштабная модель молекулы воды Н₂О

Рисунок 14. Масштабная модель молекулы озона О₃

Рисунок 15. Масштабная модель молекулы этилена С₂Н₄

Рисунок 16. Масштабная модель молекулы аммиака NH₃

Рисунок 17. Масштабная модель молекулы водорода Н₂

Рисунок 18. Масштабная модель молекулы углекислого газа СО₂

Рисунок 19. Масштабная модель молекулы угарного газа СО

Рисунок 20. Масштабная модель молекулы азота N₂

Рисунок 21. Масштабная модель молекулы углекислого газа СО₂

Рисунок 22. Масштабная модель молекулы ромбической серы S₈

Рисунок 23. Масштабная модель молекулы метана СН₄

Рисунок 24. Масштабные модели молекул воды Н₂О, озона О₃ и водорода Н₂ с использованием деревянных реек.

Рисунок 25. Масштабные полусферические модели молекул воды Н₂О, озона О₃, кислорода О₂,азота N₂ и водорода Н_2.

Рисунок 26. Масштабная полусферическая модель молекулы ромбической серы S₈

Рисунок 27. Масштабные полусферические модели молекул углекислого газа СО₂, угарного газа СО, этилена С₂Н₄ и аммиака NН_3.

Вид конкурсной работы: Учебный проект.

Тема: Масштабное моделирование молекул.

Авторы: Шульженко Михаил Андреевич, Денисов Михаил Андреевич, 8 класс.

Приложение 3. Слайды учебного фильма.

Слайд 1	Слайд 2
Слайд 3	Слайд 4
Слайд 5	Слайд 6

Слайд 7	Слайд 8
Слайд 9	Слайд 10
Слайд 11	Слайд 12

Слайд 13	Слайд 14
Слайд 15	Слайд 16
Слайд 17	Слайд 18

Слайд 19	Слайд 20
Слайд 21	Слайд 22
Слайд 23	Слайд 24

Слайд 25	Слайд 26
Слайд 27	Слайд 28

Просмотров работы: 37

Молекула воды и ее состояния. Эксперименты. — 3 ответов на Babyblog

Всем привет от нас с Сережей! Я реже появляюсь в блоге, но часто в инстаграме alinaland, заглядывайте!

В пятницу вечером мы с Сережиком решили заняться наукой, началось все с любимого эксперимента вулкан, который, я думаю, многие любят) но сейчас не о нем)

Мы продолжаем участвовать в проекте Марии Юнак ИГРАЕМ В ФИЗИКУ и осень началась с игр с водой.

Вода — уникальное вещество! Мы с вами гораздо больше, чем на половину состоим из воды, без воды не было бы жизни на Земле и т. д. Для начала мы поставили в окрашенную воду листики салата, что бы проследить, как пьют растения. Этот эксперимент остался на столе до утра.

Дальше я нарисовала простенькую картинку из чего состоит вода и Сереже очень понравился кислородик с ручками, который держит 2 маленьких водородика. Молекулу воды просто сделать из пластилина и зубочисток.

Сережа очень старался, но не удержался и каждому кислороду добавил антенну.

Молекулы готовы т мы перешли к агрегатным состояниям — жидкая, твердая и газообразная вода.

Во всех случаях молекула воды остается той же, но друг к другу они относятся уже по разному.

Структура льда четкая, молекулы крепко держатся за руки.

А вот паровички летят во все стороны! А еще пар умеет свистеть! Дада) нужен только чайник со свистком и ребенок удивлен и счастлив)

Ну а в жидком состоянии молекулы за руки тоже не держатся, но скучают друг по другу и просто тесняться поближе)

И еще мы провели увлекательный эксперимент с водой и свечкой! 2 таких любимых детьми вещи ОГОНЬ И ВОДА!

Здесь мы познакомились с теплоемкостью, любой горячий предмет, попадая в холодную воду, очень быстро охлаждается. Вода быстро забирает себе все тепло! Такое это уникальное вещество! Если капнуть парафин на твердую поверхность, например стола, то некоторое время парафин будет еще мягким и теплым, а в воде он моментально твердеет и остывает. И получаются очень красивые острова!

Во всех экспериментах принимают участие Древние люди и животные, потому что это Сережины любимчики сейчас) и для них мы показали эксперимент с вулканом

Запечатлеть мне его не получилось, так как я занималась уксусом, и нужен глаз да глаз!

Рецепт прост- сам вулкан — это обрезанная банка, облепленная пластилином, она крепится к одноразовой тарелке тоже пластилином. Ставим его на поднос с бортами, далее лава — уксус, сода, красная краска, капля фэйри. Все засыпаем в жерло и льем уксус! Супер быстрый, секундный, но очень впечатляющий эксперимент! Запаситесь содой и уксусом — ребенок потребует еще и еще! Можно вместо уксуса взять лимонную кислоту, но эффект будет слабее.

Выливаем лаву аккуратненько, ребенку плескаться не даем. Я это делаю в резиновых перчатках, показывая опасность) хорошо бы еще очками обзавестись для опытов.

Спасибо вам за внимание)

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Код и классификация направлений подготовки	Код группы образовательной программы	Наименование групп образовательных программ	Количество мест
8D01 Педагогические науки
8D011 Педагогика и психология	D001	Педагогика и психология	45
8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения	D002	Дошкольное обучение и воспитание	5
8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации	D003	Подготовка педагогов без предметной специализации	22
8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития	D005	Подготовка педагогов физической культуры	7
8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам	D010	Подготовка педагогов математики	30
	D011	Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки)	23
	D012	Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки)	35
	D013	Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки)	22
	D014	Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки)	18
	D015	Подготовка педагогов географии	18
8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам	D016	Подготовка педагогов истории	17
8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе	D017	Подготовка педагогов казахского языка и литературы	37
	D018	Подготовка педагогов русского языка и литературы	24
	D019	Подготовка педагогов иностранного языка	37
8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию	D020	Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию	10
8D019 Cпециальная педагогика	D021	Cпециальная педагогика	20
		Всего	370
8D02 Искусство и гуманитарные науки
8D022 Гуманитарные науки	D050	Философия и этика	20
	D051	Религия и теология	11
	D052	Исламоведение	6
	D053	История и археология	33
	D054	Тюркология	7
	D055	Востоковедение	10
8D023 Языки и литература	D056	Переводческое дело, синхронный перевод	16
	D057	Лингвистика	15
	D058	Литература	26
	D059	Иностранная филология	19
	D060	Филология	42
		Всего	205
8D03 Социальные науки, журналистика и информация
8D031 Социальные науки	D061	Социология	20
	D062	Культурология	12
	D063	Политология и конфликтология	25
	D064	Международные отношения	13
	D065	Регионоведение	16
	D066	Психология	17
8D032 Журналистика и информация	D067	Журналистика и репортерское дело	12
8D032 Журналистика и информация	D069	Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело	3
		Всего	118
8D04 Бизнес, управление и право
8D041 Бизнес и управление	D070	Экономика	39
	D071	Государственное и местное управление	28
	D072	Менеджмент и управление	12
	D073	Аудит и налогообложение	8
	D074	Финансы, банковское и страховое дело	21
	D075	Маркетинг и реклама	7
8D042 Право	D078	Право	30
		Всего	145
8D05 Естественные науки, математика и статистика
8D051 Биологические и смежные науки	D080	Биология	40
	D081	Генетика	4
	D082	Биотехнология	19
	D083	Геоботаника	10
8D052 Окружающая среда	D084	География	10
	D085	Гидрология	8
	D086	Метеорология	5
	D087	Технология охраны окружающей среды	15
	D088	Гидрогеология и инженерная геология	7
8D053 Физические и химические науки	D089	Химия	50
8D053 Физические и химические науки	D090	Физика	70
8D054 Математика и статистика	D092	Математика и статистика	50
8D054 Математика и статистика	D093	Механика	4
		Всего	292
8D06 Информационно-коммуникационные технологии
8D061 Информационно-коммуникационные технологии	D094	Информационные технологии	80
8D062 Телекоммуникации	D096	Коммуникации и коммуникационные технологии	14
8D063 Информационная безопасность	D095	Информационная безопасность	26
		Всего	120
8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли
8D071 Инженерия и инженерное дело	D097	Химическая инженерия и процессы	46
	D098	Теплоэнергетика	22
	D099	Энергетика и электротехника	28
	D100	Автоматизация и управление	32
	D101	Материаловедение и технология новых материалов	10
	D102	Робототехника и мехатроника	13
	D103	Механика и металлообработка	35
	D104	Транспорт, транспортная техника и технологии	18
	D105	Авиационная техника и технологии	3
	D107	Космическая инженерия	6
	D108	Наноматериалы и нанотехнологии	21
	D109	Нефтяная и рудная геофизика	6
8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли	D111	Производство продуктов питания	20
	D114	Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия	9
	D115	Нефтяная инженерия	15
	D116	Горная инженерия	19
	D117	Металлургическая инженерия	20
	D119	Технология фармацевтического производства	13
	D121	Геология	24
8D073 Архитектура и строительство	D122	Архитектура	15
	D123	Геодезия	16
	D124	Строительство	12
	D125	Производство строительных материалов, изделий и конструкций	13
	D128	Землеустройство	14
8D074 Водное хозяйство	D129	Гидротехническое строительство	5
8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	D130	Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	11
		Всего	446
8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы
8D081 Агрономия	D131	Растениеводство	22
8D082 Животноводство	D132	Животноводство	12
8D083 Лесное хозяйство	D133	Лесное хозяйство	6
8D084 Рыбное хозяйство	D134	Рыбное хозяйство	4
8D087 Агроинженерия	D135	Энергообеспечение сельского хозяйства	5
8D087 Агроинженерия	D136	Автотранспортные средства	3
8D086 Водные ресурсы и водопользование	D137	Водные ресурсы и водопользования	11
		Всего	63
8D09 Ветеринария
8D091 Ветеринария	D138	Ветеринария	21
		Всего	21
8D11 Услуги
8D111 Сфера обслуживания	D143	Туризм	11
8D112 Гигиена и охрана труда на производстве	D146	Санитарно-профилактические мероприятия	5
8D113 Транспортные услуги	D147	Транспортные услуги	5
8D113 Транспортные услуги	D148	Логистика (по отраслям)	4
8D114 Социальное обеспечение	D142	Социальная работа	10
		Всего	35
		Итого	1815
		АОО «Назарбаев Университет»	65
		Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан	10
		Всего	1890

Урок по окружающему миру на тему «Строение вещества». 3-й класс

Тип урока: урок исследование.

Тема: строение вещества.

Цель: создание условий для формирования навыка исследовательского поведения (познавательной активности учащихся).

Задачи урока:

Начать формировать представление о частицах-молекулах, о движении и расположении их в твердых, жидких и газообразных веществах.
Развивать умение аргументировано защищать свою точку зрения.
Развивать умение работать в команде.
Развивать логическое мышление.
Воспитывать умение внимательно слушать и слышать собеседника, поддерживать дух толерантности.

Оборудование:

для проведения опытов: колбы с водой, марганцовокислый калий, кусок сахара, соль, краски,
Тела и вещества: мел, стекло, сахар.
Пластилин для изготовления моделей молекул.

Ход урока

1. Стадия вызова

Время: 5 минут

Цель: актуализировать знания учащегося по теме.

Прием: постановка проблемного вопроса.

Форма работы: групповая. На доске: строение веществ.

Учитель: сегодня мы продолжаем разговор о телах и веществах. Давайте сначала попробуем собрать все, что мы знаем об этом, и записать в таблицу: (время 2 минуты)

(Таблица 1)

Знаю	Хочу узнать	Узнал

Возможные ответы:

Все предметы, которые нас окружают, являются телами.
Тела различаются по форме, размеру, цвету.
Тела состоят из веществ
Разные по форме и размеру тела могут быть сделаны из одного и того же вещества.
Одинаковые по форме и размеру тела могут быть сделаны из разных веществ.
Многие тела состоят из нескольких веществ.
Вещества могут быть жидкими, твердыми, газообразными.

А сейчас проверим, как вы умеете различать тела и вещества. Каждая команда получит задание (2 минуты).

Команда 1. (Таблица 2)

Придумайте и запишите в таблицу тела и вещества.

Тело	Вещество

Команда 2. (Таблица 2)

Запиши в таблицу тела и вещества, из которых они сделаны.

Стекло * железо * стакан * гвоздь * тетрадь * ручка * бумага * пластмасса.

Тело Вещество

Команда 3. (Таблица 3)

Запиши из каких веществ сделаны изображенные тела.

Прежде чем мы перейдем к заполнению второй колонки, предлагаю посмотреть вам опыт (растворение марганцовокислый калия в воде)

— попробуйте объяснить что происходит, возможно ли было окрашивание воды, если бы она была сплошная.

Учитель: заполним вторую колонку, в ней напишем, что хотим сегодня еще на уроке узнать (1 минута)

Из чего состоят вещества?
Как называются эти частички?
Как они взаимодействуют в веществе?

Учитель: в ходе урока попробуем ответить на эти вопросы.

2. Стадия осмысления.

Время: 25 минут.

Цель: получение новой информации и первичная систематизация.

Прием: чтение текста с пометками, выполнение тренировочных упражнений.

Форма работы: индивидуальная, групповая.

Учитель: возьмите на столе листы с текстом и, читая его, сделайте пометки у каждого предложения условными значками:

V — это я уже знаю

+ — это я узнал сегодня

— — непонятно, хочу спросить

! — это интересно

(обозначения на доске)

Чтение с пометками 5-6 минут

Первичная рефлексия:

Учитель: давайте обсудим прочитанный текст и отметим в таблице то, что подтвердилось V, то что хотели узнать и узнали, отмечаем +, то что не узнали- отметим -.

Учащиеся дают индивидуальные ответы.

Вторичная рефлексия.

Возьмите листы с таблицей и заполните колонки, вписывая строение вещества. Работайте вместе с членами своей группы.

Заполнение маркировочной таблицы.

Маркировочная таблица: (Таблица 4)

V	+
Тела состоят из веществ	Вещества состоят из молекул. Молекулы состоят из атомов
Вещества могут быть жидкими, твердыми, остоят из атомовл твердыми, газообразными	Промежутки у твердых веществ маленькие, у жидких — большие, у газообразных — очень большие

Обсуждение заполнения таблицы.

Физминутка: покажите как расположены молекулы в твердых, жидких, газообразных веществах.

Учитель: приготовьтесь в группах ответить на вопросы задания. Для этого достаньте из конвертов листочки с заданиями и вопросами. Выполните задания, запишите ответы и определите, кто на какие вопросы будет отвечать.

На подготовку ответов 10 минут.

1 группа.

Задание 1.

Опыт: растворить кусочек сахара в воде.

Вопрос: почему становится невидимым кусочек сахара, растворенный в воде?

Задание 2.

Следуя алгоритму, проставь номера тел и веществ.

Задание 3.

Сделай модель молекулы углекислого газа.

2 группа.

Задание 1.

Опыт: заварить пакетик чая.

Вопрос: почему мы чувствуем запах вещества?

Задание 2.

Следуя алгоритму, проставь номера тел и веществ.

Задание 3.

Сделай модель молекулы воды.

3 группа.

Задание 1.

Опыт: окрашивание воды — растворить в воде каплю чернил.

Вопрос: о чем говорит распространение окрашивания в разные стороны?

Задание 2.

Следуя алгоритму, проставь номера тел и веществ.

Задание 3.

Сделай модель молекулы муравьиной кислоты

Следуя алгоритму, проставь номера тел и веществ.

1. Молоко 2. Камень 3. Капля ртути 4. Стекло

5. Растение 6. Глина 7. Кислород 8. Пузырёк воздуха

Рисунок 1.

Сделай модель молекулы

Рисунок 2.

3. Стадия рефлексии.

Время 10 минут.

Цель: систематизация информации.

Прием: постановка проблемного вопроса, составление кластера.

Форма работы: групповая.

Учитель: давайте наши знания попробуем показать на схеме строение вещества. Вещества состоят из молекул, молекулы из атомов. Посоветуйтесь в группах как это лучше сделать.

Итог урока: учитель отмечает группы, которые наиболее успешно работали, поощряя всех учащихся класса.

Домашнее задание: стр.48-50, задание №2, №3.

Список литературы:

О.Т.Поглазова “Окружающий мир” учебник-тетрадь 3 класс. 2003 г.

О.Т.Поглазова Методические рекомендации к учебнику-тетради 3 класс. 2003 г.

Энциклопедия для детей –М.Аванта+, химия 1995 г.

Приложения:

Таблица 1 “Знаю”, “Хочу узнать”, “Узнал”

Таблица 2 “тела и вещества”

Таблица 3 “вещества, из которых сделаны тела”

Таблица 4 “маркировочная таблица”

Рисунок 1 – алгоритм “тела и вещества”

Рисунок 2 – модель молекулы

Молекула воды и ее состояния. Эксперименты.

Всем привет от нас с Сережей! Я реже появляюсь в блоге, но часто в инстаграме alinaland, заглядывайте!

Мы продолжаем участвовать в проекте Марии Юнак ИГРАЕМ В ФИЗИКУ и осень началась с игр с водой.

Сережа очень старался, но не удержался и каждому кислороду добавил антену.

Молекулы готовы т мы перешли к агрегатным состояниям — жидкая, твердая и газообразная вода.

Во всех случаях молекула воды остается тойже, но друг к другу они относятся уже по разному.

Структура льда четкая, молекулы крепко держатся за руки.

Ну а в жидком состоянии молекулы за руки тоже недержатся, но скучают друг по другу и просто тесняться поближе)

И еще мы провели увлекательный эксперимент с водой и свечкой! 2 таких любимых детьми вещи ОГОНЬ И ВОДА!

Запечатлеть мне его не получилось, так как я занималась уксусом, и нужен глаз да глаз!

Рецепт прост- сам вулкан — это обрезанная банка, облепленная пластилином, она крепится к одноразовой тарелке тожепластилином. Ставим его на поднос с бортами, далее лава — уксус, сода, красная краска, капля фэйри. Все засыпаем в жерло и льем уксус! Супер быстрый, секундный, но очень впечатляющий эксперимент! Запаситесь содой и уксусом — ребенок потребует еще и еще! Можно вместо уксуса взять лимонную кислоту, но эффект будет слабее.

Спасибо вам за внимание)

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Моделирование механизмов повреждения глины с помощью молекулярно-динамического моделирования

Мы провели моделирование методом МД, чтобы изучить механизмы повреждения глины при гидратации, способы взаимодействия глины с водой и катионами, а также структуры, которые они образуют между алюмосиликатными листами, и предложили альтернативу. объяснение того, как глиняные структуры становятся нестабильными после определенной концентрации воды. Молекулы воды образуют один, два, а иногда и три слоя, параллельные поверхности глины.Катионы, уже присутствующие в монтмориллонитах (наиболее представительных из смектитов) или поступающие с водой с низкой соленостью, будут либо адсорбироваться на поверхности глины, либо полностью гидратироваться, отделяться от поверхностей и располагаться в середине межслоевого пространства между поверхностями глины. , в то время как молекулы воды, которые не гидратируют катионы, проникают в структуры глины, делая их нестабильными. Движущей силой этого явления является энергия гидратации рассматриваемых катионов.

1.Введение

Глинистые минералы встречаются во всех типах нефтеносных пластов. При взаимодействии с водой глины подвергаются двум явлениям, которые имеют большое и прямое влияние на ухудшение проницаемости пластов: (1) эффекты набухания и (2) нестабильность структуры. Первый из них был широко изучен и довольно хорошо охарактеризован теоретически [1], экспериментально [2–4] и с использованием моделирования методом Монте-Карло (МК) [5–9], моделирования молекулярной динамики (МД) [10, 11] и ab initio моделирование молекулярной динамики [12].Неустойчивость глины все еще требует должного объяснения.

Среди группы глинистых минералов смектиты представляют собой подмножество глин, которые легко набухают в присутствии воды. Смектиты являются естественным продуктом выветривания и разложения магматических горных пород [13] или других горных пород, в том числе сланцев, состоящих из отрицательно заряженных двумерных алюмосиликатных слоев. Каждый слой состоит из тетраэдрических силикатных листов, окружающих октаэдрические алюминиевые листы. Изоморфные замещения могут происходить либо в тетраэдрических (Si ⁴⁺ с Al ³⁺), либо в октаэдрических (Al ³⁺ с Mg ²⁺ или Fe ²⁺) листах, что дает чистый отрицательный заряд. что уравновешивается катионами, расположенными в межслоевой области.

Баршад [2] изучил факторы, влияющие на межслоевое расширение вермикулита и монтмориллонита с органическими веществами, и определил, что на степень межслоевого расширения в первую очередь влияют размер, заряд и общее количество катионов, а также величина диполя. момент и диэлектрическая проницаемость иммерсионной жидкости. Норриш [1] провел эксперименты по набуханию монтмориллонита и подтвердил, что этот эффект проявляется в двух режимах: кристаллическом и осмотическом набухании.Кристаллическое набухание может происходить во всех типах глинистых минералов [14], представляя собой процесс, в котором адсорбированная вода увеличивается примерно до 0,5 г H ₂ O / г глины, а расстояние между слоями увеличивается примерно с 9,5 Å (для сухого материала) до примерно 20 Å. Несколько других исследований показали, что процесс набухания происходит за счет увеличения содержания воды за счет образования одно-, двух- и, возможно, трехслойных гидратов; Sun et al. [15] обобщили несколько работ, в которых в большинстве экспериментальных исследований сообщалось об образовании однослойных (1W) и двухслойных (2W) гидратов, тогда как образование трехслойного (3W) гидрата наблюдалось только в нескольких исследования (см., д.г., [5, 6, 10, 16]). Осмотическое набухание происходит, когда монтмориллонит контактирует с водой и поглощает 10 г H ₂ O / г глины, увеличивая его объем примерно в двадцать раз.

В этой статье мы представляем результаты моделирования методом МД базального расстояния для Na-, K- и Ca-монтмориллонитов, а также профили плотности и снимки катионов и атомов кислорода-воды в межслоевой области. Результаты для базального расстояния показывают, что K-монтмориллонит расширяется в большей степени, чем Na- и Ca-монтмориллонит при увеличении содержания воды; профили плотности позволяют понять, как происходит гидратация катионов при увеличении межслоевого пространства и как сама структура становится нестабильной.Хотя Na ⁺ и K ⁺ являются одновалентными катионами, а Na ⁺ и Ca ²⁺ имеют одинаковые ионные радиусы, их поведение при гидратации отличается [17].

2. Обычные механизмы повреждения глины

Широко признано, что Na-монтмориллонит набухает больше, чем Ca-монтмориллонит, потому что катионы Ca ²⁺ сильно адсорбируются (на поверхности глины) по сравнению с катионами Na ⁺ [ 18]. Соответственно, при контакте с водой пластинки Ca-монтмориллонита остаются практически неповрежденными и близкими друг к другу, тогда как агрегаты Na-монтмориллонита легко набухают, и пластинки широко разделяются.В результате вода может легко проникать в промежутки между пластинками и образовывать более толстые водные оболочки вокруг пластинок Na-монтмориллонита, чем пластинки Ca-монтмориллонита. Однако недавние исследования с использованием МД-моделирования показывают, что базальное расстояние Na-монтмориллонита и Ca-монтмориллонита довольно похоже, за исключением того окна, в котором слой 2W формируется в Ca-монтмориллоните, но не в Na-монтмориллоните, где Ca-монтмориллонит проявляет более сильное набухание. чем Na-монтмориллонит (см. [15]).Более того, катионы Ca ²⁺ обладают большей энергией гидратации по сравнению с катионами Na ⁺, что приводит к более высоким координационным числам воды и более выраженной ассоциации молекул воды с катионами Ca ²⁺. Эти новые результаты с использованием МД моделирования демонстрируют, что лежащие в основе механизмы набухания глины все еще открыты для обсуждения.

Также было признано, что повреждение глины можно предотвратить, поддерживая высокие концентрации катионов K ⁺ в водных растворах.Предлагаемое объяснение состоит в том, что из-за небольшого размера катионы K ⁺ могут легко проникать в прослои глины и удерживать пластинки глины вместе [18, 19]. Чтобы еще раз подтвердить это утверждение, Рид [20] провел лабораторные испытания керна, пропустив деионизированную воду, 3% -ный рассол NaCl и 3% -ный рассол CaCl ₂ через керны, извлеченные из слюдистых песчаных пластов, чтобы определить снижение проницаемости, предполагая, что слюдистые изменения являются результат обмена катионов K ⁺ на катионы большего размера, такие как Na ⁺, Li ⁺, Ca ²⁺ и Mg ²⁺, как показано на рисунке 1.При изменении слюды образуются мелкие частицы, которые позже откладываются в пористых породах. Когда глины подвергаются воздействию рассолов, не содержащих катионов K ⁺ или содержащих более крупные количества катионов K ⁺, либо содержащих их в небольших количествах, катионы K ⁺ диффундируют из пластинок глины в соответствии с законом Фика из-за градиента концентрации между глиной и рассолом, в то время как более крупные катионы диффундируют в глины. Поскольку более крупные катионы не могут поместиться в межслоевую область, края рыхлых чешуек слюды отламываются на мелкие кусочки. В настоящее время известно, что ионные радиусы (для координации VI) наиболее распространенных катионов в глинах составляют (в пм) Mg ²⁺ (72) < Li ⁺ (76) < Ca ²⁺ (100) < Na ⁺ (102) < K ⁺ (138) < Rb ⁺ (152) < Cs ⁺ (167) [21], так что должен быть альтернативный механизм, объясняющий наложение штрафов.

3. Модели и методы
Мы рассмотрели модель монтмориллонита типа Вайоминг с октаэдрическими и тетраэдрическими замещениями, как схематично показано на рисунке 2. Замены во всем слое подчиняются правилу замещения Лёвенштейна, согласно которому сайты замещения связаны ни одной гидроксильной группой, ни атомом кислорода [22]. Атомы Al ³⁺ в октаэдрических слоях заменены на Mg ²⁺, а атомы Si ⁴⁺ в тетраэдрических слоях заменены на Al ³⁺.Положение тетраэдрического замещения не связано ни с одним из октаэдрических замещений атомом кислорода. Из-за изоморфных замен в рентгеноструктурных базах данных отсутствуют структурные данные с явным расположением замен. Принято строить модельную ячейку для монтмориллонита, начиная с элементарной ячейки пирофиллита, который имеет те же алюмосиликатные слои, что и монтмориллонит, но не демонстрирует никаких замещений (см., Например, Mignon et al. [12]). Другой подход состоит в том, чтобы начать с положений атомов, определенных экспериментально Ципурским и Дрицем [23] для образца смектита (см. E.г., Минисини и Цобнанг [24]). Мы пошли по первому подходу.

Используемые суперячейки моделирования имеют 64 элементарных ячейки с составом (Si ₃₁ Al) (Al ₁₄ Mg ₂) O ₈₀ (OH) ₁₆ · n H ₂ O, где M представляет собой катион, x представляет собой заряд катиона и варьируется от 0 до 10,5 молекул воды на элементарную ячейку. На рис. 2 схематически показаны слои монтмориллонита и промежуточные частицы (H ₂ O и Na ⁺).Элементарная ячейка пирофиллита является триклинной (относится к пространственной группе C 1) с параметрами Å, Å, Å, = 91 . 18 °, = 100 . 46 ° и = 89 . 64 °, как сообщили Ли и Гуггенхайм [25]. Катионы размещались случайным образом в области между слоями глины. Затем 0,5 молекулы воды на элементарную ячейку вводили в ячейку моделирования для каждой модели с использованием Packmol [26], максимум до 10,5 молекул воды на элементарную ячейку. В этой статье используется суперячейка из 64 элементарных ячеек, чтобы минимизировать любые возможные побочные эффекты.
МД моделирования были выполнены с использованием крупномасштабного атомно-молекулярного массивно-параллельного симулятора (LAMMPS) [27]. Силовое поле Клейфа использовалось для описания взаимодействий между атомами [10, 28]. Он основан на модели воды с точечным зарядом (SPC) Берендсена и др. [29] для представления взаимодействия воды, гидроксила и кислорода с кислородом. Модель SPC имеет частичные заряды, сосредоточенные непосредственно на каждом из трех атомов, а короткодействующие взаимодействия представлены членом Леннарда-Джонса (LJ) 12-6.Члены растяжения связи и угла связи вводятся в модель SPC с использованием выражений, определенных Teleman et al. [30], чтобы обеспечить полную гибкость для воды и гидроксидных компонентов. Стоит отметить, что силовое поле Клинфа не было приспособлено для явного описания сети водородных связей, но учитывало вклады в параметры силового поля. Правило смешивания Лоренца-Бертло было использовано для получения параметров Леннарда-Джонса для взаимодействий между разноименными атомами [31, 32]. Моделирование проводилось в периодических граничных условиях, при этом электростатический член на больших расстояниях обрабатывался стандартным методом Эвальда [31].Расстояние отсечки для несвязанных ван-дер-ваальсовых взаимодействий составляло 15 Å, а электростатические взаимодействия рассчитывались методом суммирования Эвальда. Все моделирование проводилось с использованием изобарно-изотермического (NPT) ансамбля при K и атм. Давление контролировалось баростатом Парринелло-Рахмана [33], а температура контролировалась термостатом Нозе-Гувера [34–36]. Для релаксации исследуемых систем был проведен пробег МД в течение 10 нс, а именно безводный слой (0W), один водный слой (1W) и два водных слоя (2W).Затем для анализа данных был проведен еще один производственный цикл MD в течение 1 нс.
4. Результаты и обсуждение
4.1. Кривые набухания
Базальное расстояние для Na-монтмориллонита после гидратации, полученное в результате нашего моделирования, представлено на рисунке 3 (а) вместе с экспериментальными данными, полученными Fu et al. [4]. Планки погрешностей представляют два стандартных отклонения. Результаты моделирования очень хорошо согласуются с экспериментом.

(a) Na-монтмориллонит
(b) K-монтмориллонит
(a) Na-монтмориллонит
(b) K-монтмориллонит
Результаты двух скважинного расширения — глины определенные структуры расширенных слоев (возможно, трехслойные структуры, если мы рассмотрим зарождающееся плато в области между 18.7 Å и 19,3 Å), демонстрируя плато, соответствующие образованию монослоя и двухслойной воды в межслоевой области. Норриш [1] заметил, что кристаллическое набухание продолжалось только до 19 Å. Считается, что сосуществование различных состояний гидратации (0W, 1W и 2W) в образце смектита является обычным даже в контролируемых условиях. Также принято, что состояния дробной гидратации соответствуют образцу с различными целочисленными структурами гидратации. Картины дифракции рентгеновских лучей свидетельствуют о том, что структуры гидратации постепенно эволюционируют от одного состояния гидратации к другому через структуры смешанного слоя, состоящие из дискретных состояний гидратации (Ferrage et al., 2005). Это могло быть прекрасным объяснением экспериментальных данных за пределами областей, обозначенных пунктирными линиями на рисунке 3 (а), которые могли быть получены из смеси монтмориллонитов в различных состояниях гидратации.
Базальное расстояние для K-монтмориллонита после гидратации, полученное в результате нашего моделирования, представлено на рисунке 3 (b) вместе с экспериментальными данными, полученными Кальве [3]. Планки погрешностей представляют два стандартных отклонения. Результаты отклоняются от экспериментальных наблюдений.Однако аналогичное моделирование, проведенное Suter et al. [11] обнаруживают ту же тенденцию.
На Рисунке 4 сравниваются кривые энергии набухания и гидратации для моделей Na-, K- и Ca-монтмориллонита. Сравнивая кривые набухания K ⁺ и Na ⁺, обоих одновалентных катионов, K-монтмориллонит расширяется больше, чем Na-монтмориллонит. Этот результат согласуется с тем, что K ⁺ имеет больший ионный радиус, чем Na ⁺, 1,02 Å по сравнению с 1,38 Å. В свою очередь, сравнивая кривые набухания Ca ²⁺ и Na ⁺, ионные радиусы которых близки (1.00 Å по сравнению с 1,02 Å), можно увидеть, что их расширение довольно похоже, но есть окно, в котором Ca-монтмориллонит набухает больше, чем Na-монтмориллонит. Этот результат согласуется с Ca ²⁺, имеющим большую энергию гидратации, чем Na ⁺.
Na-монтмориллонит имеет четко выраженные переходы между слоями 0W-1W и 1W-2W, хотя слой 2W менее заметен, чем слой 1W, и характеризуется немного меньшим наклоном, чем у расширенной области при более высоком содержании воды.K-монтмориллонит также имеет четко определенные переходы между слоями 0W-1W и 1W-2W. Ca-монтмориллонит расширяется при более низком содержании воды, чем те, которые содержат одновалентные катионы, что согласуется с предсказанным поведением на основе энергий гидратации катионов. Экспериментально известно, что Ca-монтмориллонит образует только двухслойные гидраты [37]. Однако моделирование методом МД показывает виртуальное состояние 1W для Ca-монтмориллонита, состояние, о котором также сообщалось в предыдущих работах [38].
4.2. Распределение катионов и молекул воды
На рисунке 5 представлены кривые набухания и профили плотности для выбранного содержания воды, иллюстрирующие образование 0W, 1W и 2W.Для сухих монтмориллонитов распределение Na ⁺ и Ca ²⁺ аналогично, с катионами, прикрепленными к поверхности глины, главным образом из-за их небольшого размера. K ⁺, с другой стороны, расположен в средней плоскости межслоевого пространства из-за его большего ионного радиуса, достаточно большого, чтобы не помещаться в гексагональной структуре, образованной тетраэдрическим расположением. Это было бы объяснением того, почему сухой калиевый монтмориллонит имеет большее базальное расстояние, чем сухой Na- и Ca-монтмориллонит.
Формирование виртуального слоя толщиной 1W для Ca-монтмориллонита происходит при содержании воды 0,048 г H ₂ O / г глины и соответствует базовому расстоянию 11,8 Å. Из-за большей энергии гидратации благоприятствует раннему появлению слоя 2W, который полностью различим при содержании воды 0,135 г H ₂ O / г глины. Как для Na-, так и для K-монтмориллонита слой 1W полностью формируется при содержании воды 0,085 г H ₂ O / г глины. Распределение катионов и молекул воды довольно похоже для трех рассмотренных типов монтмориллонитов.Слой воды расположен в средней плоскости межслоевого пространства, в то время как некоторые катионы интеркалируются между молекулами воды, хотя большинство все еще находится между нижней поверхностью глины (той, которая содержит тетраэдрические замещения) и слоем воды, что свидетельствует о образование внутрисферных поверхностных комплексов; то есть между поверхностью глины и катионами, которые она связывает, отсутствуют молекулы воды [14].
Профили для 2W слоя Na- и Ca-монтмориллонита аналогичны, при этом большинство катионов расположено между слоями воды, в средней плоскости межслоевого пространства глины.Некоторые катионы все еще находятся между нижней поверхностью глины и нижним слоем воды, хотя некоторые молекулы воды теперь находятся в контакте с нижней поверхностью глины. Это свидетельствует об образовании внешнесферных поверхностных комплексов. Пики воды и катионов на профиле плотности более резкие, чем пики, образованные в K-монтмориллоните; Катионы K ⁺ распределены в более широкой области в межслоевом пространстве глины, причем примерно половина от общего количества расположена в средней плоскости, между слоями воды, полностью гидратирована, в то время как другая половина все еще находится между нижней поверхностью глины. и нижний водный слой, что означает, что примерно половина катионов гидратирована, но еще не полностью гидратирована.Это согласуется с меньшей энергией гидратации K ⁺. Молекулы воды также распространены в более широкой области в межслоевом пространстве глины, при этом некоторые молекулы контактируют с поверхностями глины, демонстрируя образование внешнесферных комплексов.
5. Предлагаемые механизмы повреждения глины
Повреждение глины может выражаться не только в набухании глины, но и в нестабильности структуры. Глиняные хлопья могут набухать и оставаться стабильными. Процесс набухания происходит при гидратации катионов в межслоевом пространстве.Молекулы воды сначала взаимодействуют с катионами, во всех случаях образуя комплексные поверхности внутренней сферы, как показано на рисунке 6. Это означает, что молекулы воды располагаются в средней плоскости межслоевой области, толкая катионы к глиняным поверхностям, предпочтительно отрицательным. заряженные сайты. Na ⁺ и Ca ²⁺ достаточно малы, чтобы их можно было закопать в гексагональной структуре, образованной тетраэдрическим расположением, тогда как K ⁺ больше, так что они не могут закопаться.Это заставляет K-монтмориллонит набухать больше, чем Na- и Ca-монтмориллонит при более низком содержании воды.
Содержание воды продолжает увеличиваться, и более высокая энергия гидратации Ca-монтмориллонита способствует появлению слоя 2W при более низком содержании воды, чем у Na- и K-монтмориллонита. Это наблюдается в диапазоне от 0,06 до 0,15 г H ₂ O / г глины. Энергия гидратации не такая высокая для Na- и K-монтмориллонита; поэтому состояние 1W длится дольше, что означает увеличение содержания воды без известного увеличения базального расстояния; Другими словами, в межслоевом пространстве глины увеличивается плотность воды.В этот момент сформировались только внутренние сложные поверхности, хотя чем выше содержание воды, тем больше катионов отделяется от поверхности глины. Состояние 2W начинает формироваться, и катионы перемещаются в среднюю плоскость межслоевого пространства глины, становясь гидратированными. В зависимости от энергии гидратации катионов некоторые молекулы воды прикрепляются к поверхности глины, что указывает на формирование внешнесферных сложных поверхностей. Чем выше энергия гидратации катиона, тем больше у него сродства к молекулам воды и, следовательно, тем меньшее количество молекул воды остается для прикрепления к поверхности глины.Тем не менее, молекулы воды, которые связываются с глиняными поверхностями, могут взаимодействовать с ними, диффундировать в них и в конечном итоге создавать нестабильные структуры, которые распадаются на мелкие кусочки, называемые мелкими частицами.
6. Выводы
Результаты моделирования методом МД в этой работе помогают понять основные механизмы повреждения глины. Результаты МД моделирования очень хорошо согласуются с экспериментом для Na-монтмориллонита, но не для K-монтмориллонита, что, вероятно, связано с силовым полем глины.Мы предполагаем, что повреждение глины происходит из-за (1) набухания и (2) нестабильности структуры. Набухание глин при контакте с водой происходит ступенчато с образованием одного, двух и, возможно, трех слоев. Распределение плотности катионов и воды в межслоевом пространстве глины зависит от энергии гидратации и ионного радиуса катионов. Высокая энергия гидратации Ca ²⁺ способствует образованию второго слоя воды при гораздо меньшем содержании воды, чем у Na ⁺ и K ⁺.Молекулы воды сначала взаимодействуют с катионами, гидратируя их, а затем молекулы избыточной воды взаимодействуют с глиняными стенками. Слои воды экранируют электростатическое взаимодействие между разнородными зарядами. Кроме того, молекулы воды, которые прикрепляются к глиняным поверхностям, помогая формировать сложные внешнесферные поверхности, способны взаимодействовать с глиняными поверхностями, диффундировать в них и в конечном итоге вызывать их повреждение.
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Структура и динамика воды на поверхности глины по данным молекулярно-динамического моделирования
Структура и динамика воды на поверхности глины из моделирования молекулярной динамики
Мы сообщаем об исследовании молекулярной динамики структуры и динамики воды на поверхности глины. Отрицательный заряд поверхности и присутствие поверхностных атомов кислорода возмущают воду над двумя-тремя молекулярными слоями, в то время как природа противоионов (Na ⁺ или Cs ⁺ ) оказывает лишь небольшое влияние.В первом молекулярном слое примерно половина молекул воды связана с поверхностью водородом. Мы также анализируем сеть водородных связей между молекулами поверхностной воды. Диффузия молекул воды по поверхности замедлена по сравнению с объемным случаем. Что касается ориентационного порядка и динамики водного диполя, то возмущается только компонента, нормальная к поверхности глины. Мы исследуем динамику образования и диссоциации поверхностных водородных связей и их связь с высвобождением молекул из первого молекулярного слоя.Мы вводим простую кинетическую модель в духе Лузара и Чендлера [ Nature , 1996, 379 , 55], чтобы можно было провести сравнение с динамикой объемной воды. Эта модель полуколичественно воспроизводит результаты молекулярного моделирования и предполагает, что образование водородных связей происходит быстрее с поверхностью, чем в объеме, в то время как диссоциация водородных связей происходит медленнее.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?
% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 6 0 obj /Заголовок /Тема / Автор /Режиссер / Ключевые слова / CreationDate (D: 20211012001053-00’00 ‘) / ModDate (D: 20181121170005 + 01’00 ‘) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > транслировать Аладдин Ghostscript 6.012018-11-21T17: 00: 05 + 01: 002018-11-21T17: 00: 05 + 01: 002018-11-21T17: 00: 05 + 01: 00приложение / pdfuuid: cb1df3a7-6eb4-4fe6-bf55-35d15abd19d7uuid: 71e17d63-5795-4879-b950-69d9e437da2f конечный поток эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 21 0 объект > транслировать x ڝ XɎ6 + ֐ | ҷ n% `N») [vŭX 㫢 ) bso +> / ӗ_d | 劯 qNL`rs1ƽcWc |: \ 1p | ĩ`˞q $ cIŘ
Удержание воды почвой: 3 способа
Эта статья проливает свет на три способа удержания воды в почве.Способы: 1. Силы сцепления и адгезии 2. Поверхностное натяжение 3. Полярность или дипольный характер.
Путь № 1. Силы сцепления и сцепления:
Эти две основные силы отвечают за удержание воды в почве. Один из них — это притяжение молекул друг к другу, то есть сплоченность. Другой — это притяжение молекул воды к твердой поверхности почвы, т. Е. Адгезия. Посредством адгезии твердые тела (почва) жестко удерживают молекулы воды на границе раздела между почвой и водой.
Эти молекулы, в свою очередь, удерживаются за счет сцепления. Вместе эти силы позволяют твердым частицам почвы удерживать воду.
Путь № 2. Поверхностное натяжение:
Явление обычно наблюдается на границе раздела вода-воздух. Вода ведет себя так, как будто ее поверхность покрыта растянутой эластичной мембраной. На поверхности притяжение воздуха для молекул воды намного меньше, чем притяжение молекул воды друг к другу.
Следовательно, на молекулы поверхности действует направленная вниз сила, в результате чего на поверхности образуется своего рода сжатая пленка (мембрана).Это явление называется поверхностным натяжением.
Путь № 3. Характер полярности или диполя:
Удержание молекул воды на поверхности мицеллы глины основано на дипольном характере молекулы воды. Молекулы воды удерживаются электростатическими силами, которые существуют на поверхности коллоидных частиц. В силу своего дипольного характера и под действием электростатических сил молекулы воды особым образом ориентируются (располагаются) на поверхности частиц глины.
Каждая молекула воды несет как отрицательный, так и положительный заряд. Водородный конец молекулы воды положительный, а кислородный конец отрицательный. Частица глины заряжена отрицательно. Положительный конец молекулы воды прикрепляется к отрицательно заряженной поверхности глины, оставляя отрицательный конец наружу.
Молекулы воды, прикрепленные таким образом к поверхности глины, представляют собой слой отрицательных зарядов, к которому прикреплен другой слой ориентированных молекул воды (рис.4.1). Число следующих друг за другом молекулярных слоев увеличивается, пока молекулы воды ориентируются.
По мере увеличения толщины молекулярного слоя ориентация ослабевает, и на определенном расстоянии от поверхности частицы молекулы воды перестают ориентироваться и начинает появляться капиллярная вода (жидкая вода).
Благодаря силам адсорбции (притяжения), действующим на поверхность частиц почвы, вода прикрепляется к поверхности почвы. Одновременно действует и сила тяжести, которая пытается тянуть его вниз.Поверхностная сила намного больше силы тяжести, поэтому вода может оставаться на частицах почвы.
Вода может оставаться прикрепленной к частице почвы или двигаться вниз в нижние слои, в зависимости от величины результирующей силы.
Моделирование диффузии воды и ионов в глинах: многомасштабный подход
https://doi.org/10.1016/j.crci.2007.02.009Получить права и содержание
Реферат
Анализ безопасности геологического захоронения ядерных отходов основан на всеобъемлющем понимание структурных и динамических свойств геологической среды, в которой находится хранилище.В этом контексте под руководством ANDRA была проведена обширная программа исследований миграции радионуклидов (в основном ионов) в глинах. Параллельно с экспериментальным определением эмпирических параметров, описывающих перенос в макроскопическом масштабе, были предприняты некоторые теоретические усилия, чтобы основать такое описание на микроскопическом представлении механизмов переноса. Мы рассмотрим здесь некоторые из теоретических подходов, разработанных к настоящему времени в нашей исследовательской группе, с особым акцентом на их взаимодополняемость.
Résumé
L’analyse de sûreté du Stockage géologique de déchets nucléaires repose Sur une compréhension détaillée de propriétés structurales et динамическая среда, восприимчивая к геологической среде на складе. В контексте, обширная программа поиска, согласованная с Андрой, является антрепризом для изучения миграции радионуклидов в Аргиле. Параллельное определение экспериментальных параметров эмпирических методов, определяющих макроскопический транспорт, представляет собой теорию попыток, связанных с совокупностью описаний тел, предназначенных для анализа в микроскопическом процессе транспортировки.Эта статья — это ревю о подходах к abordées théoriques dans notre groupe de recherches, où l’accent est mis sur leur Complémentarité.
Ключевые слова
Монтмориллонитовая глина
Ионный транспорт
Multiscale
Ядерные отходы
Mots-clés
Argile
Transport ionique
Multiéchelitingéchelles
Douglas © 2007
Douglas Académie des Sciences.Опубликовано Elsevier Masson SAS. Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
Физика в бутылке: расширяющиеся термометры
Информация о температуре на улице важна, если вы живете в Вашингтоне, округ Колумбия; Чикаго, Иллинойс; или одно из многих других мест, где температура может меняться на 30 градусов от одного дня к другому. Хотите сделать термометр самостоятельно? Прочтите, чтобы узнать, как это сделать.
Что вам нужно
Бутылка с водой комнатной температуры
Глина для лепки
Солома
Пищевой краситель
Что делать
Добавьте темный пищевой краситель в воду в бутылке, это сделает легче увидеть изменение температуры.
Возьмите кусок глины размером с крышку от бутылки и скатайте его в цилиндр длиной около 5 или 6 дюймов. Затем распрямите его, чтобы получилась лента.
Оберните глиняную ленту вокруг центра соломинки, пока центр не станет примерно такого же размера, как отверстие в бутылке.
Поместите соломинку в бутылку и используйте глину, чтобы запечатать ее на месте, как показано на рисунке. Вставляйте глину в горлышко бутылки, пока уровень воды в соломе не поднимется на пару сантиметров выше глины.
Поставьте баллон на несколько минут под прямыми солнечными лучами — что происходит с уровнем воды? Опустите бутылку в ведро с холодной водой — что будет с уровнем воды?
Что происходит?
Вода состоит из молекул. Молекулы в воде, как и во всех веществах, постоянно перемещаются — это означает, что они обладают кинетической энергией. Молекулы с большей кинетической энергией движутся быстрее, чем молекулы с меньшей кинетической энергией.
Кинетическая энергия зависит от температуры.Молекулы в стакане с теплой водой обладают большей кинетической энергией (они движутся быстрее — см. «Гоночные молекулы»), чем молекулы в стакане с холодной водой. Температура вещества — это среднее значение * кинетической энергии, которое имеют его молекулы.
Как ваш термометр измеряет среднюю кинетическую энергию молекул воды?
Ваш градусник не измеряет энергию; он фактически измеряет объем. Когда жидкость горячая, молекулы движутся быстрее и сталкиваются друг с другом и со стенками контейнера чаще и сильнее, чем это делают более медленно движущиеся молекулы.Одним из результатов этого является то, что горячая жидкость будет расширяться прямо пропорционально ее температуре. Самый простой способ расширения воды в бутылке — это подняться в соломинке.
Когда вода остынет, жидкость сожмется и уровень воды понизится. Поскольку изменение объема напрямую связано с температурой в обоих случаях, ваш термометр может определить изменение температуры, измерив изменение объема!
Объем жидкости в термометре расширения зависит от температуры жидкости.Если два термометра начинаются с одинаковой температуры, а затем один помещается в горячую среду, а другой — в холодную, их объемы изменятся. Шкала на боковой стороне термометра показывает, как объем связан с температурой.

* Не все молекулы в жидкости обладают одинаковым количеством кинетической энергии, даже когда жидкость имеет определенную температуру.
Попробуй!
Замените воду в термометре другими видами жидкости — какие жидкости имеют наибольшее изменение объема при изменении температуры? Самый маленький?
Запишите как уровень воды на термометре, так и фактическую температуру (используя купленный в магазине термометр) при различных температурах.

Ноябрь 2024
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30