Билет 21. Основные положения молекулярно-кинетической теории.

В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат три положения:

1. Все тела состоят из частиц (атомов, молекул, ионов и др.);
2. Частицы непрерывно хаотически движутся;
3. Частицы взаимодействуют друг с другом.

Первое положение подтверждают испарение жидкостей и твердых тел, получение фотографий отдельных крупных молекул и групп атомов, косвенные измерения масс и размеров молекул.

Капля нефти объемом 1,0 мм³ может образовать на поверхности воды пленку площадью 3,0 м². Полагая, что эта пленка является монослоем и имеет толщину в одну молекулу, получаем диаметр молекулы

Массы атомов и молекул определяют по формуле

где М - молярная масса, N_A- постоянная Авогадро.

Так как массы молекул очень малы, удобно использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а относительные. По международному соглашению массы всех атомов и молекул сравнивают с 1/12 массы атома углерода (углеродная шкала атомных масс).

Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества М_r называют отношение массы молекулы (или атома) m₀ данного вещества к 1/12 массы атома углерода m_0c:

Относительные атомные массы всех химических элементов точно определены. Складывая относительные атомные массы, можно вычислить относительную молекулярную массу:

Чем больше атомов и молекул содержится в макроскопическом теле, тем больше вещества содержится в нем. Число молекул в макроскопических телах огромно, поэтому удобно указывать не абсолютное число атомов или молекул, а относительное. Принято сравнивать число молекул или атомов в данном теле с числом атомов, содержащихся в углероде массой 12 г. Относительное число атомов или молекул в теле характеризует особая физическая величина - количество вещества.

Количеством вещества v называют отношение числа молекул N в данном теле, к числу атомов в 0,012 кг углерода:

Количество вещества измеряется в молях.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде массой 0,012 кг.

Моль - основная единица Международной системы (СИ). Рекомендуемые кратные и дольные единицы: кмоль, ммоль, мкмоль.

Постоянная Авогадро - число атомов, молекул (структурных элементов) в одном Моле вещества:
N_A= 6,02 • 10²³ моль^-1 ~ 6 • 10²³ моль^-1.

Наряду с относительной молекулярной массой М_r в физике и химии широко используется понятие "молярная масса". Молярной массой вещества называют массу вещества, взятого в количестве 1 моля, m - масса вещества.

Второе положение МКТ о непрерывном движении частиц подтверждают такие явления, как броуновское движение и диффузия.

Броуновское движение - беспорядочное движение малых частиц в жидкости или газе, происходящее под действием молекул окружающей среды.

Это движение в 1827 г. впервые наблюдал английский ботаник Р. Броун, рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Интенсивность броуновского движения не зависит от времени, но возрастает с ростом температуры среды, с уменьшением вязкости и размеров частиц. Лишь в конце 70-х гг. XIX в. причину броуновского движения стали связывать с ударами молекул жидкости о поверхность взвешенной в ней частицы. Если бы частица была большой, то молекулы равномерно толкали бы ее со всех сторон, и она оставалась бы на месте.

Но небольшая частица имеет маленькую поверхность, и толчки молекул не уравновешивают друг друга. Равнодействующая сил не равна нулю, и в течение времени меняется по величине и направлению. В результате частица блуждает случайным образом по жидкости:

Причина броуновского движения - тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих ее молекул. Удары молекул среды приводят частицу в беспорядочное движение: скорость ее меняется по величине и направлению.

Первая количественная теория броуновского движения была разработана в 1905 г. А. Эйнштейном (1879-1955) и М. Смолуховским (1872-1917).

Экспериментально подтвердил эту теорию французский физик Ж. Перрен (1870-1942).

Вследствие теплового движения частиц наблюдается явление диффузии, которое характеризуется проникновением молекул одного вещества между молекулами другого вещества при их соприкосновении.

Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твердых телах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее - в жидкостях, еще медленнее - в твердых телах. Скорость диффузии определяется характером теплового движения частиц в этих средах.

Диффузия играет существенную роль в природе. Так, например, диффузия газов обеспечивает однородность атмосферы вблизи поверхности Земли. Диффузия способствует нормальному питанию растений, животных и т. д.

Подтверждением третьего положения МКТ о взаимодействии частиц является возникновение упругих сил при деформациях тел, существование различных агрегатных состояний (твердого, жидкого, газообразного) одного и того же вещества.

Дата добавления: 2015-07-10