Какие явления подтверждают движение молекул: диффузия. Сборник заданий для подготовки к егэ Задания уровня С3

Научные опыты, с давних пор проводимые учеными всего мира, однозначно доказали, что частицы, из которых состоят все тела, находятся в постоянном движении.

Учение об этих мельчайших частичках, из которых состоит любое вещество (твердое, жидкое, газообразное), возникло в эпоху расцвета древних культур задолго до нашей эры. Знаменитые ученые и философы Демокрит, Эпикур, Анаксагор, Лукреций и другие сходились во мнении, что все состоит из мельчайших неделимых атомов, и разнообразные атомы образуют соответствующие разнообразные вещества. Ответ на вопрос: "Какие явления подтверждают движение молекул?" был найден позднее. В современную молекулярно-кинетическую теорию эти зародыши идей начинают оформляться только в XVIII веке нашей эры.

Какие явления подтверждают движение молекул?

Догадываться о том, что молекулы хаотично движутся, ученые начали давно. Но чтобы догадки стали чем-то более серьезным и получили научное обоснование, физики должны были себе и всему миру ответить на вопрос: "Какие явления подтверждают движение молекул?"

• Первое, что приходит в голову — это растворение.
• Второе — испарение.
• И третье, самое сложное — диффузия.

Диффузия

Диффузия — это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные пустоты другого вещества. В переводе с латыни термин "диффузия" обозначает "растекание, распространение".

Частицы, из которых состоят тела (газообразные, жидкие, твердые), находятся на определенном расстоянии друг от друга и постоянно движутся.

Интересно, что большую часть объема всякого тела занимает свободное пространство. Чтобы понять масштаб, можно представить ядро атома в виде небольшого лесного ореха, тогда орбиты электронов этого атома будут приблизительно равны размерам большого катка или огромного бассейна.

Диффузия в газах

Быстрее всего происходит движение молекул в газах. При этом частицы движутся хаотично.

Диффузия происходит как между однородными газами, так и между газами, разными по концентрации.

Диффузия в жидкостях

Связь между молекулами жидкостей более прочная, чем в газах.

Если в стакан, наполовину наполненный раствором медного купороса, медленно и аккуратно добавить прозрачной воды, то сначала граница между синей и прозрачной жидкостью будет обозначена четко и резко. Спустя совсем небольшой промежуток времени вода начнет голубеть, граница размываться, а позже жидкость станет светло-голубой и практически однородной.

Диффузия в твердых телах

Движение молекул в твердых телах протекает очень медленно. Но все же, если, например, наплавить небольшое количество золота на свинцовый стержень и оставить его так при температуре не менее 300 градусов, то по прошествии суток молекулы золота проникнут в межмолекулярные пустоты свинца примерно на сантиметр.

Диффузия в условиях нагревания

При нагревании диффузия происходит намного быстрее, следовательно, можно сделать вывод, что чем выше поднимается температура тела, тем выше становится скорость движения молекул. Соответственно, чем быстрее движутся молекулы, тем выше поднимается температура тела. При температуре, близкой к абсолютному нулю, скорость движения частиц максимально снижается.

Примеры диффузии

Примеры диффузии встречаются в быту, в промышленности, в жизни человека и животных:

• процессы сварки и пайки;
• производство металлических сплавов;
• дыхание рыб и наземных беспозвоночных;
• поступление питательных веществ из кишечника в кровь;
• заражение вирусами и инфекциями;
• курение;
• извлечение сахара из свеклы и тростника;
• распространение запахов (парфюмерная промышленность, ароматерапия, религиозные обряды);
• общение насекомых;
• поражение слезоточивым и другими ядовитыми газами, газовые камеры в концлагерях;
• загрязнение окружающей среды;
• заваривание настоев, чая и кофе, приготовление настоек, компотов, сиропов, растворение сахара и соли;
• смешивание коктейлей;
• соление и маринование овощей и других продуктов;
• слезы от лука.

Диффузия: тест

1. Какие явления подтверждают движение молекул? а) растворение, испарение, диффузия; б) диффузия, нагревание, склеивание.
2. Может ли капля растительного масла покрыть океан? а) да; б) нет, она растечется настолько, насколько позволит толщина в одну молекулу.
3. В каких телах диффузия течет быстрее? а) в газах; б) в жидкостях; в) в твердых телах; г) не имеет значения.
4. Нагреваясь, жидкости, металлы и газы в объеме: а) увеличиваются; б) уменьшаются; в) не изменяются.
5. Одинакова ли скорость молекул в неподвижном воздухе в жару и мороз? а) в мороз быстрее; б) в жару медленнее; в) в мороз медленнее; г) скорость не меняется.
6. Какой вывод можно сделать, изучив материал о диффузии: а) молекулы всех веществ на Земле неподвижны; б) молекулы всех веществ движутся с той или иной скоростью.
7. Зависит ли диффузия от температуры тел: а) с повышением температуры диффузия начинает протекать медленнее; б) с повышением температуры диффузия начинает происходить быстрее; в) диффузия никак не зависит от температуры.

Ответы: I — а; II — б; III — а; IV — а; V — в; VI — б; VII — б.

Если все тела состоят из мельчайших частиц (молекул или ато­мов), почему же твердые тела и жидкости не распадаются на отдель­ные молекулы или атомы? Что заставляет их держаться вместе, ведь молекулы разделены между собой промежутками и находятся в не­прерывном беспорядочном движении?

Дело в том, что между молекулами существует взаимное при­тяжение. Каждая молекула притягивает к себе все соседние молеку­лы и сама притягивается имя.

Когда мы разрываем нить, ломаем палку или отрываем кусочек бумаги, то преодолеваем силы притяжения между молекулами.

Заметить притяжение между двумя молекулами совершенно не­возможно. Когда же притягиваются многие миллионы таких частиц, взаимное притяжение становится значительным. Поэтому трудно разорвать руками веревку или стальную проволоку.

Притяжение между молекулами в разных веществах неодинако­во. Этим объясняется различная прочность тел. Например, стальная проволока прочнее медной. Это значит, что частицы стали притяги­ваются сильнее друг к другу, чем частицы меди.

Притяжение между молекулами становится заметным только тог­да, когда они находятся очень близко друг к другу. На расстоянии, превышающем размеры самих молекул, притяжение ослабевает. Две капли воды сливаются в одну, если они соприкасаются. Два свинцо­вых цилиндра сцепляются вместе, если их вплотную прижать друг к другу ровными, только что срезанными поверхностями. При этом сцепление может быть настолько прочным, что цилиндры не удается оторвать друг от друга даже при большой нагрузке (рис. 11).

Однако осколки стекла нельзя срастить, даже плотно прижимая их. Из-за неровностей не удается их сблизить на то расстояние, на котором частицы могут притянуться друг к другу- Но если размяг чить стекло путем нагрева, то различные части можно сблизить и стекло в этом слу­чае спаивается.

Это значит, что частицы стекла оказались на таком расстоянии, когда действует притяжение между ними.

Соединение кусков металла при сварке или пайке, а также склеивание основано на притяжении молекул друг к другу.

Следовательно, между молекулами (ато­мами) существует взаимное притяжение, ко­торое заметно только на расстояниях, сравни­мых с размерами самих молекул (атомов).

Попытаемся выяснить, почему между молекулами имеются промежутки. Если молекулы притягиваются друг к другу, то они должны как бы слипнуться. Этого не происходит, потому что между молекула­ми (атомами) в то же время существу­ет отталкивание.

На расстояниях, сравнимых с размера­ми самих молекул (атомов), заметнее про­является притяжение, а при дальнейшем сближении - отталкивание.

Многие наблюдаемые явления подтверж­дают существование отталкивания между молекулами.

Так, например, сжатое тело распрямляется. Это происходит из-за того, что при сжатии молекулы оказываются на таком расстоянии друг от друга, когда начинает проявляться отталкивание.

Некоторые явления, происходящие в природе, можно объяснить притяжением молекул друг к другу, например смачивание твердого тела жидкостью.

К пружине подвешивают на нитке стеклянную пластинку так, чтобы ее нижняя поверхность была расположена горизонтально (рис. 12). Эту пластинку подносят к сосуду с водой так, чтобы она легла на поверхность воды (рис. 12, а). При отрывании пластинки от воды пружина заметно растянется (рис. 12, б). Это доказывает су­ществование притяжения между молекулами. По растяжению пру­жины можно судить о том, насколько оно велико. Оторвав пластин­ку, можно увидеть, что на ней остается тонкий слой воды, т. е. пластина смочена водой (рис. 12, в). Значит, при отрывании пластины мы преодолевали притяжение между молекулами воды. Разрыв про­изошел не там, где соприкасаются молекулы воды с частицами стек­ла, а там, где молекулы воды соприкасаются друг с другом.

Вода смачивает не только стекло, но и кожу, дерево и другие ве­щества.

Во многих случаях вода может и не смачивать тела. Например, если опустить в воду кусочек воска или парафина, а затем вынуть, то он окажется сухим. Всем хорошо известно, что вода не смачивает и жирные поверхности тел.

Все приведенные примеры можно легко объяснить.

Если жидкость смачивает твердое тело, то это значит, что молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам тела.

Когда наблюдается несмачиваемость, то это означает, что моле­кулы жидкости притягиваются сильнее друг к другу, чем к молеку­лам твердого тела.

В быту мы часто сталкиваемся с явлениями смачивания и несма­чивания.

Так, например, благодаря явлению смачивания мы можем пи­сать, вытирать мокрые предметы и т. д.

1. Как взаимодействуют между собой молекулы? 2. Когда замет­нее проявляется отталкивание, а когда притяжение между молекулами? 3. Какое явление, наблюдаемое в природе, основано на притяже­нии молекул твердого тела и жидкости? 4. Какие примеры смачива­ния и несмачивания твердых тел жидкостью можно привести?

Упражнение 2

1. Смочите два листочка бумаги: один - водой, другой - расти­тельным маслом. Слипнутся ли они? Ответ обоснуйте.

2. У водоплавающих птиц перья и пух остаются сухими. Какое явление здесь наблюдается?

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 2, 3, 4, 6.

В предложении 2 неверно указано одно из свойств ферментов.

В предложении 3 ошибочно указана способность одного фермента участвовать в реакциях разных типов.

В предложении 4 неверно указана особенность взаимодействия фермента с субстратом.

В предложении 6 неверно указаны кинетические характеристики ферментов в общем случае.

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 1, 3, 4, 5.

В предложении 1 неверно указан состав углеводов.

В предложении 3 одна из функций углеводов указана ошибочно.

В предложениях 4 и 5 неверно указаны запасающие вещества в клетках растений и животных.

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 1, 2, 3.

В предложении 1 неверно указан один из растворителей липидов.

В предложении 2 неверно указана химическая структура липидов.

В предложении 3 одна из функций указана неправильно и одна не названа.

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 2, 4, 6.

В предложении 2 неверно назван углевод, входящий в состав ДНК.

В предложении 4 неверно указан код ДНК.

В предложении 6 неверно назван процесс синтеза иРНК на ДНК.

Элементы правильного ответа

Предложение 2 – клеточное строение организмов открыл и описал другой ученый.

Предложение 3 – Рудольф Вирхов не создавал вакцин.

Предложение 5 – К.А. Тимирязев не доказывал, что растения выделяют кислород при фотосинтезе. Это сделал другой исследователь (Дж. Пристли).

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 2, 3, 5.

В предложении 2 ошибочно названо одно из исходных веществ, участвующих в фотосинтезе.

В предложении 3 неверное обобщение – не во всех прокариотических и эукариотических клетках имеются хлоропласты.

В предложении 5 ошибочно назван один из продуктов темновой фазы.

Задания уровня С3

Примечание : приведенные примеры ответов не являются единственно возможными. Важно, чтобы ваш ответ не искажал смысла вопроса и не содержал биологических ошибок.

Элементы правильного ответа

1. Живые системы состоят из клеток.

2. Клетка может быть частью многоклеточного организма или самостоятельным организмом.

3. Живые системы развиваются из одной клетки.

Ответьте самостоятельно

Докажите, что совокупность клеток, тканей и органов еще не представляет собой организм.

Докажите, что отдельная клетка может быть самостоятельным организмом.

Элементы правильного ответа

1. Клетка участвует в постоянном обмене веществ и энергии с окружающей средой.

2. Клетка отвечает на сигналы внешней среды и возвращается к исходному состоянию. Ее реакции на стимулы обратимы.

3. Клетка способна к регуляции своего химического состава.

Ответьте самостоятельно

Докажите, что биосферный уровень – высший уровень организации жизни.

В чем заключается общность всех живых систем?

Элементы правильного ответа

1. Прокариотические клетки не имеют оформленного ядра, двумембранных органоидов.

2. Прокариотические клетки размножаются путем деления.

3. В эукариотических клетках есть ядро с хромосомным набором, одно- и двумембранные органоиды. Такие клетки размножаются как бесполым, так и половым способами.

4. Эукариотические клетки в несколько раз крупнее прокариотических клеток.

Ответьте самостоятельно

Сравните строение растительной и животной клеток.

Подтвердите фактами идею о химическом единстве живой и неживой природы.

Какие признаки характерны для вирусов?

Элементы правильного ответа

1. Двойной липидный слой мембраны обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку.

2. Встроенные белки выполняют транспортную, строительную, сигнальную функции.

3. Встроенные углеводы выполняют структурную и сигнальную функции.

4. Пластичность мембраны позволяет ей осуществлять процессы фагоцитоза и пиноцитоза.

Ответьте самостоятельно

Докажите, что клеточная мембрана – полупроницаемый барьер между клеткой и окружающей средой.

Элементы правильного ответа

Поступление веществ в клетку может происходить следующими путями:

1) фагоцитоз;
2) пиноцитоз;
3) диффузия и осмос;
4) с помощью специальных белков-переносчиков, например натриевого или кальциевого насоса.

Ответьте самостоятельно

Что такое активный транспорт ионов?

Дайте характеристику активного и пассивного транспорта веществ через клеточную мембрану.

Элементы правильного ответа

– двумембранное строение этих органоидов;
– увеличение площади рабочей поверхности за счет внутренних мембран – тилакоидов у хлоропластов и крист у митохондрий;
– эти органоиды способны к синтезу белков и размножению;
– и в хлоропластах, и в митохондриях синтезируется АТФ.

Различия:

– хлоропласты содержат хлорофилл и находятся только в растительных клетках;
– митохондрии содержатся и в растительных, и в животных клетках;
– в хлоропластах происходит фотосинтез, а митохондрии осуществляют клеточное дыхание.

Ответьте самостоятельно

Сравните функции лизосом и аппарата Гольджи.

В чем заключаются особенности строения и функций эндоплазматической сети?

Каково строение и функции ядра?

Элементы правильного ответа

1. ДНК и РНК – это полинуклеотиды.
2. ДНК и РНК – это кислоты.
3. ДНК – спиральная молекула, состоящая из двух комплементарных антипараллельных цепей, содержащая углевод дезоксирибозу и нуклеиновые основания: аденин, гуанин, цитозин и тимин.
4. РНК – одноцепочная молекула, в которой вместо тимина содержится урацил, а вместо дезоксирибозы – рибоза.
5. ДНК – хранит и передает наследственную информацию.
6. РНК – обеспечивает передачу информации при синтезе белков в рибосомах.

Ответьте самостоятельно

Докажите, что строение молекулы ДНК обеспечивает выполнение ее функций.

Почему процесс биосинтеза белка называется матричным синтезом?

Какова роль рибосом в биосинтезе белка?

Элементы правильного ответа

1. Автотрофный способ питания характерен для растительных организмов, некоторых бактерий.

2. Гетеротрофный способ питания характерен для животных, грибов, некоторых растений, многих бактерий.

3. При автотрофных способах питания – фото- или хемосинтезе – используется энергия света или энергия окисления неорганических соединений.

4. При гетеротрофном способе питания используется энергия органических соединений, содержащихся в живых или мертвых телах.

Ответьте самостоятельно

Докажите, что обмен веществ происходит и на клеточном, и на биосферном уровнях организации жизни.

Опишите основные этапы клеточного дыхания.

Элементы правильного ответа

1. Дыхание – процесс, связанный с окислением углеводов и запасанием части освободившейся энергии в виде АТФ.

2. У аэробных организмов в процессе дыхания образуются углекислый газ, вода и АТФ.

3. В процессе дыхания поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

4. В процессе фотосинтеза поглощаются энергия света, вода и углекислый газ, а образуются органические вещества и кислород.

Ответьте самостоятельно

Какие вещества участвуют в процессе фотосинтеза и дыхания и что с ними происходит?

В чем заключаются различия в обмене веществ у анаэробных и аэробных организмов?

Как преобразуется энергия в ходе процессов фотосинтеза и дыхания?

Элементы правильного ответа

1. Митоз – способ бесполого размножения клетки, обеспечивающий сохранение наследственной информации, рост и развитие организма.

2. Мейоз – способ образования гамет, способствующий возникновению новых генетических комбинаций.

3. В результате митоза образуются диплоидные ядра дочерних клеток, а в результате мейоза – гаплоидные.

4. В результате митоза из ядра одной клетки образуются два ядра двух новых клеток.

5. В результате мейоза из одного ядра диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных ядра четырех клеток.

Ответьте самостоятельно

В чем заключается биологическое значение митоза и мейоза?

Как строение гамет связано с их функциями?

Элементы правильного ответа

1. Достоинства полового размножения заключаются в том, что в результате образуются особи, несущие новые наследственные комбинации признаков, что приводит к увеличению разнообразия организмов.

2. К недостаткам полового размножения можно отнести вероятность передачи скрытых наследственных заболеваний потомству, трудности поиска полового партнера у некоторых организмов, затраты энергии на заботу о потомтве и др.

3. Достоинства бесполого способа размножения клеток и организмов заключаются в том, что наследственная информация при росте и развитии организма сохраняется неизменной, а поколение более многочисленно.

Ответьте самостоятельно

Какие способы оплодотворения у растений и животных вам известны и в чем заключаются их различия?

Какие биологические процессы приводят к повышению разнообразия организмов?

Элементы правильного ответа

1. С помощью генной инженерии можно организму одного вида искусственно пересаживать гены от организма другого вида.

2. Методами генной инженерии можно получать необходимые белки, лекарства в промышленных масштабах.

3. Примером получения лекарств может служить производство гормонов соматотропина и инсулина путем использования генов, встроенных в геном бактерии – кишечной палочки.

Ответьте самостоятельно

Что такое генетически модифицированные организмы?

Вопросы уровня С5

Таблица генетического кода (иРНК)

Правила пользования таблицей

Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда, второй – из верхнего горизонтального ряда и третий из правого вертикального. В точке пересечения всех трех нуклеотидов и находится искомая аминокислота.

Элементы правильного ответа

1. Сначала необходимо дописать цепь иРНК, синтезируемую на данном фрагменте ДНК:

ДНК Т Ц А Ц Г Т А Ц Г Г Г Т
иРНК А Г У Г Ц А У Г Ц Ц Ц А.

2. Следует соотнести кодоны полученной цепи иРНК с данными таблицы

АГУ – сер
ГЦА – ала
УГЦ – цис
ЦЦА – про

3. Антикодоны тРНК – УЦА, ЦГУ, АЦГ, ГГУ.

4. Последовательность аминокислот в молекуле белка: сер–ала–цис–про.

Элементы правильного ответа

1. Кодоны иРНК: ЦУУ–ЦГУ–УУУ–УГЦ.

2. Последовательность аминокислот: лей–арг–фен–цис.

3. Триплеты ДНК: ГАА – ГЦА – ААА – АЦГ.

Элементы правильного ответа

Т.к. иРНК синтезируется всегда только на одной цепи ДНК, которую на письме принято изображать как верхнюю, то:

– иРНК, кодируемая верхней цепью: УУУ–ААА–ЦЦЦ–ГГГ;
– фрагмент белка, кодируемый верхней цепью: фен–лиз–про–гли.

Элементы правильного ответа

1. Последовательность нуклеотидов во второй цепи АЦЦГТЦ.

2. Общее число водородных связей между азотистыми основаниями равно 16.

3. Между основаниями А и Т образуются две водородные связи. Таких пар в данной цепи ДНК две, следовательно, число связей между ними равно 4. Между основаниями Г и Ц образуются три водородные связи, пар оснований 4, следовательно, связей между ними 12. Всего получается 12+4=16 водородных связей.

Элементы правильного ответа

1. Между тимидиловым и адениловым нуклеотидами образуется две водородные связи, всего таких связей 8 + 14 = 22.

2. Между цитозиновым и гуаниновым нуклеотидами образуется три водородные связи, всего таких связей 12 + 15 = 27.

3. Полное число водородных связей 22+27=49.