Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества

В основе молекулярной физики лежит молекулярно-кинетическая теория строения вещества. Основным понятием этой теории является молекула.

2.1 Основные положения МКТ и их опытные доказательства:

1) Все вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, атомов или ионов, между которыми есть промежутки.

· крошение вещества

· испарение жидкостей

· смешивание веществ

· диффузия

· растворение твердых тел в жидкостях

· исследования в области атомной, ядерной физики и физики элементарных частиц

· сжимаемость газов

· результаты электронной микроскопии

· рентгеноструктурный анализ

2) Частицы в любом веществе непрерывно и хаотически движутся.

· испарение (вылет частиц с поверхности жидкого или твердого вещества)

· диффузия - процесс выравнивания концентрации молекул какого-либо вещества в пространстве, обусловленный хаотическим движением (в газах – распространение запахов, в жидкостях – растворение акварельной краски в воде, в твердых телах – слипание отшлифованных пластин металла)

Вопрос: В каких веществах – твердых, жидких или газообразных - диффузия происходит быстрее?

· Броуновское движение – хаотичное движение взвешенных в жидкости или газе частиц под действием ударов молекул жидкости или газа (1827 г. – английский ботаник Броун)

Вопросы: Как зависит интенсивность броуновского движения от температуры окружающей среды. Как зависит расстояние, проходимое взвешенной частицей между двумя последовательными ударами, от величины этой частицы?

· свойство газов занимать весь предоставленный им объем

3) На небольших расстояниях между частицами (молекулами, атомами, ионами) действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания; природа этих сил электромагнитная.

· сохранение формы твердых тел

· упругость тел

· слипание тел с отшлифованными поверхностями (опыт со свинцовыми цилиндрами)

· поверхностное натяжение жидкости

· капиллярные явления

· явления смачивания и несмачивания

· малая сжимаемость плотных газов и жидкостей

2.2 Молекула и ее основные характеристики:

Молекула – это наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Впервые экспериментально доказал существование молекул учёный Перрен: он изучал броуновское движение и установил реальное существование молекул.

Молекула состоит из атомов.

Атом(неделимый) – наименьшая частица химического элемента, носитель его свойства (этот термин ввел древнегреческий философ Демокрит, проведя мысленный эксперимент с делением на части кирпича).

Молекула (атом) характеризуется:

1. массой,

2. размером,

3. скоростью движения

4. средней длиной свободного пробега.

1. Масса молекулы (атома):m₀ [ кг ]≈ 10^{-26 кг}

Масса молекулы (атома), измеренная в атомных единицах, называется относительной молекулярной (атомной) массой. Она показывает во сколько раз масса молекулы (атома) больше, чем масса ¹/₁₂ части атома изотопа углерода C¹².

Атомной единицей массы (а.е.м.) называется масса ¹/₁₂ части изотопа углерода C¹².

1а.е.м. =1,66 ·10^-27кг

Относительная молекулярная (атомная) масса обозначается - M_r (A_r)

Пример:

A_r(₁H¹) = 1а.е.м. (атом водорода)

A_r(₁H²) = 2а.е.м. (атом дейтерия)

Ar(₁H³) =3a.e.м. (атом трития)

M_r(H₂) = 2а.е.м. (молекула водорода)

Mr(O₂) = 32а.е.м. (молекула кислорода).

Ar(Au) = 79а.е.м. (атом золота)

Задание 1: выразить приведенные выше относительные массы в килограммах.

Молем называют количество вещества, в котором содержится столько же частиц, сколько атомов в 12 граммах изотопа углерода С¹².

1моль любого вещества содержит одинаковое число частиц.

Молярная масса – это масса одного моля частиц: M [кг/моль]

Количество молекул в одном моле вещества называется постоянной Авогадро (или числом Авогадро) и обозначается N_A.

N_A – постоянная Авогадро

N_A =6,02 ·10²³ молекул/моль

Связь между молярной (М) и относительной молекулярной (M_r) массами выражает формула: M = M_r ·10^-3 кг/моль

Прибор, который позволяет измерить массу атома, называется масс- спектрограф. Он был построен в 1919 г. учёным В. Астоном. Этот прибор определяет массу с точностью до 0,01%.

Задание 2: определить молярную массу атомов и молекул кислорода, молекул воды, углекислого газа.

2. Размер молекул (атомов)

Оценить размер молекулы можно, проведя следующий опыт: На поверхность воды выливают каплю оливкового масла массой 0,080 мг, которая, растекаясь, образует масляную пленку – круг площадью 200 см². Если принять, что толщина пленки – величина того же порядка, что и диаметр молекулы, то можно вычислить ее значение.

Задание 3: определить по приведенным выше данным размер молекулы оливкового масла.

3. Скорости молекул.

Для описания движения частиц существует средняя арифметическая скорость, средняя квадратичная скорость и наиболее вероятная скорость.

Средней арифметической скоростью называется отношение суммы скоростей всех частиц к их количеству:

.

Средней квадратичной скоростью называется корень квадратный из среднего значения квадрата скоростей всех частиц:

.

Наиболее вероятную скорость имеет большинство частиц при данной температуре. Ее можно вычислить по формуле:

.

В этих формулах k – постоянная Больцмана: k = 1,38∙10^-23 Дж/К; π – число Пифагора: π = 3,14; Т – абсолютная температура, измеренная по шкале Кельвина; m_о – масса молекулы (атома): .

Задание 4: Решить задачи.

Задача 1

Определить среднюю квадратичную скорость при нормальных условиях для молекул водорода и кислорода.

Задача 2

Определить среднюю арифметическую скорость, среднюю квадратичную скорость и наиболее вероятную скорость атомов серебра при температуре 1173 К.

Дата добавления: 2015-07-07