Според молекулярно-кинетичната теория (MKT) всички вещества се състоят от най-малките частици - молекули. Молекулите са в постоянно движение и взаимодействат една с друга.

MKT се потвърждава от множество експерименти и огромен брой физични явления. Нека разгледаме трите му основни момента.

Всички вещества са изградени от частици.

1) Всички вещества се състоят от най-малките частици: молекули, атоми, йони и т.н., разделени от празнини.

Молекула- най-малката стабилна частица от вещество, която запазва основните си химични свойства.

Молекулите, които изграждат дадено вещество, са абсолютно еднакви; различните вещества са изградени от различни молекули. В природата има изключително голям брой различни молекули.

Молекулите са изградени от по-малки частици, наречени атоми.

атоми- най-малките частици от химичен елемент, които запазват химичните му свойства.

Броят на различните атоми е сравнително малък и е равен на броя на химичните елементи (116) и техните изотопи (около 1500).

Атомите са много сложни образувания, но класическият MKT използва модела на атомите под формата на твърди неделими частици със сферична форма.

Наличието на празнини между молекулите следва например от експерименти за изместване на различни течности: обемът на сместа винаги е по-малък от сумата на обемите на смесените течности. Явленията пропускливост, свиваемост и разтворимост на веществата също показват, че те не са непрекъснати, а се състоят от отделни частици, разделени на интервали.

С помощта на съвременни методи за изследване (електронни и сондови микроскопи) беше възможно да се получат изображения на молекули.

* Закон за множеството съотношения

Съществуването на молекули е брилянтно потвърдено от закона за множествените съотношения. Там се казва: "когато различни съединения (вещества) се образуват от два елемента, масите на един от елементите в различни съединения се отнасят като цели числа, т.е. те са в множество съотношения." Например, азотът и кислородът дават пет съединения: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. При тях при едно и също количество азот кислородът влиза в съединение в количества, които са в многократно съотношение 1:2:3:4:5. Законът за множеството съотношения е лесен за обяснение. Всяко вещество е изградено от идентични молекули със съответния атомен състав. Тъй като всички молекули на дадено вещество са еднакви, съотношението на тегловните количества на прости елементи, които изграждат цялото тяло, е същото като в една молекула и следователно е кратно на атомните тегла, което се потвърждава от опит.

Маса на молекулите

Определете масата на молекулата по обичайния начин, т.е. претеглянето, разбира се, е невъзможно. Тя е твърде малка за това. В момента има много методи за определяне на масите на молекулите, по-специално с помощта на масспектрограф, масите м 0 от всички атоми на периодичната таблица.

И така, за въглеродния изотоп \(~^(12)_6C\) м 0 \u003d 1,995 10 -26 кг. Тъй като масите на атомите и молекулите са изключително малки, изчисленията обикновено не използват абсолютни, а относителни стойности на масата, получени чрез сравняване на масите на атомите и молекулите с единицата за атомна маса, която е избрана като \(~\dfrac(1 )(12)\) част от масата на атом на въглеродния изотоп \(~^(12)_6C\):

1 аму = 1/12 м 0C = 1,660 10 -27 кг.

Относителна молекулярна(или атомен) тегло М r е стойност, показваща колко пъти масата на една молекула (или атом) е по-голяма от единицата за атомна маса:

\(~M_r = \dfrac(m_0)(\dfrac(1)(12) \cdot m_(0C)) . \qquad (1)\)

Относителната молекулна (атомна) маса е безразмерна величина.

Относителните атомни маси на всички химични елементи са посочени в периодичната таблица. И така, за водорода е 1,008, за хелия - 4,0026. При изчисленията относителната атомна маса се закръгля до най-близкото цяло число. Например, водородът има до 1, хелият има до 4.

Относителното молекулно тегло на дадено вещество е равно на сумата от относителните атомни маси на елементите, които изграждат молекулата на това вещество. Изчислява се с помощта на периодичната таблица и химичната формула на веществото.

Да, за вода. H 2 O относителното молекулно тегло е М r = 1 2 + 16 = 18.

Количеството вещество. Константа на Авогадро

Количеството материя, съдържащо се в едно тяло, се определя от броя на молекулите (или атомите) в това тяло. Тъй като броят на молекулите в макроскопичните тела е много голям, за да се определи количеството материя в тялото, броят на молекулите в него се сравнява с броя на атомите в 0,012 kg от въглеродния изотоп \(~^(12)_6C \).

Количество вещество ν - стойност, равна на отношението на броя на молекулите (атомите) нв дадено тяло до броя на атомите н A в 0,012 kg въглероден изотоп \(~^(12)_6C\):

\(~\nu = \dfrac(N)(N_A) . \qquad (2)\)

В SI единицата за количество на веществото е молът. 1 mol- количеството вещество, което съдържа същия брой структурни елементи (атоми, молекули, йони), колкото има атоми в 0,012 kg от въглеродния изотоп \(~^(12)_6C\).

Броят на частиците в един мол вещество се нарича постоянно Авогадро.

\(~N_A = \dfrac(0,012)(m_(0C))= \dfrac(0,012)(1,995 \cdot 10^(-26))\) = 6,02 10 23 mol -1. (3)

Така 1 мол от всяко вещество съдържа същия брой частици - нА частици. Тъй като масата м 0 частици са различни за различните вещества, след това масата нЧастиците в различните вещества са различни.

Масата на вещество, взето в количество от 1 mol, се нарича моларна маса М:

\(~M = m_0 N_A . \qquad (4)\)

Единицата SI за моларна маса е килограм на мол (kg/mol).

между моларна маса Μ и относително молекулно тегло М r има следната връзка:

\(~M = M_r \cdot 10^(-3) .\)

И така, молекулното тегло на въглеродния диоксид е 44, моларната маса е 44 10 -3 kg / mol.

Познаване на масата на веществото и неговата моларна маса М, можете да намерите броя на моловете (количеството вещество) в тялото\[~\nu = \dfrac(m)(M)\].

Тогава от формула (2) броят на частиците в тялото

\(~N = \nu N_A = \dfrac(m)(M) N_A .\)

Познавайки моларната маса и константата на Авогадро, можем да изчислим масата на една молекула:

\(~m_0 = \dfrac(M)(N_A) = \dfrac(m)(N) .\)

Размери на молекулите

Размерът на молекулата е условна стойност. Оценява се така. Между молекулите, наред със силите на привличане, съществуват и сили на отблъскване, така че молекулите могат да се приближат една до друга само на определено разстояние. д(Фиг. 1).

Разстоянието на най-близкото приближаване на центровете на две молекули се нарича ефективен диаметърмолекули д(в този случай се приема, че молекулите имат сферична форма).

Размерите на молекулите на различните вещества не са еднакви, но всички те са около 10 -10 m, т.е. много малък.

Вижте също

1. Кикоин А.К. Маса и количество на веществото, или за една „грешка“ на Нютон // Квант. - 1984. - № 10. - С. 26-27
2. Кикоин А.К. Прост метод за определяне на размера на молекулите // Квант. - 1983. - № 9. - C.29-30

Молекулите се движат произволно

2) Молекулите са в непрекъснато случайно (топлинно) движение.

Видът на топлинното движение (транслационно, осцилаторно, ротационно) на молекулите зависи от естеството на тяхното взаимодействие и се променя по време на прехода на веществото от едно агрегатно състояние в друго. Интензивността на топлинното движение зависи и от телесната температура.

Ето някои от доказателствата за произволното (хаотично) движение на молекулите: а) желанието на газа да заеме целия предоставен му обем; б) дифузия; в) Брауново движение.

дифузия

дифузия- спонтанно взаимно проникване на молекули на съседни вещества, което води до изравняване на концентрацията на веществото в целия обем. По време на дифузия молекулите на съседни тела, които са в непрекъснато движение, проникват в междумолекулните пролуки една на друга и се разпределят между тях.

Дифузията се проявява във всички тела – в газове, течности, твърди тела, но в различна степен.

Дифузия в газовете може да бъде открита, ако например съд с миризлив газ се отвори на закрито. След известно време газът ще се разпространи в цялата стая.

Дифузията в течности е много по-бавна, отколкото в газове. Например, ако първо излеете слой от разтвор на меден сулфат в чаша и след това много внимателно добавите слой вода и оставите чашата в стая с постоянна температура, след известно време рязката граница между разтвора на меден сулфат и водата ще изчезне и след няколко дни течностите ще се смесят.

Дифузията в твърди вещества е дори по-бавна, отколкото в течности (от няколко часа до няколко години). Може да се наблюдава само при добре полирани тела, когато разстоянията между повърхностите на полираните тела са близки до междумолекулното разстояние (10 -8 cm). В този случай скоростта на дифузия се увеличава с повишаване на температурата и налягането.

Дифузията играе важна роля в природата и технологиите. В природата, благодарение на дифузията например, растенията се подхранват от почвата. Човешкият и животинският организъм абсорбира хранителни вещества през стените на храносмилателния тракт. В техниката с помощта на дифузия, например, повърхностният слой на металните изделия се насища с въглерод (циментиране) и др.

• Вид дифузия е осмоза- проникване на течности и разтвори през пореста полупропусклива преграда.

Брауново движение

Брауновото движение е открито през 1827 г. от английския ботаник Р. Браун, теоретична обосновка от гледна точка на MKT е дадена през 1905 г. от А. Айнщайн и М. Смолуховски.

Брауново движение- това е произволното движение на най-малките твърди частици, "суспендирани" в течности (газове).

„Суспендирани“ частици са частици, чиято плътност на веществото е сравнима с плътността на средата, в която се намират. Такива частици са в равновесие и най-малкото външно въздействие върху него води до тяхното движение.

Брауновото движение се характеризира със следното:

Причините за брауновото движение са:

1. топлинно хаотично движение на молекулите на средата, в която се намира Браунова частица;
2. липсата на пълна компенсация за ударите на молекулите на средата върху тази частица от различни страни, тъй като движението на молекулите е случайно.

Движещите се течни молекули, когато се сблъскват с всякакви твърди частици, им предават определено количество движение. Случайно забележимо по-голям брой молекули ще ударят частицата от едната страна, отколкото от другата, и частицата ще започне да се движи.

• Ако частицата е достатъчно голяма, тогава броят на атакуващите я от всички страни молекули е изключително голям, ударите им се компенсират във всеки един момент и такава частица практически остава неподвижна.

Вижте също

1. Bronstein M.P. Как се претегля атомът // Квант. - 1970. - № 2. - С. 26-35

Частиците си взаимодействат

3) Частиците в едно вещество са свързани помежду си чрез сили на молекулно взаимодействие – привличане и отблъскване.

Силите на привличане и отблъскване действат едновременно между молекулите на дадено вещество. Тези сили до голяма степен зависят от разстоянията между молекулите. Според експериментални и теоретични изследвания междумолекулните сили на взаимодействие са обратно пропорционални на нстепен на разстояние между молекулите:

\(~F_r \sim \pm \dfrac(1)(r^n),\)

където за силите на привличане н= 7, а за отблъскващите сили н= 9 ÷ 15. Така силата на отблъскване се променя повече с разстоянието.

Между молекулите има както сили на привличане, така и сили на отблъскване. Има известно разстояние r 0 между молекули, върху които силите на отблъскване са равни по абсолютна стойност на силите на привличане. Това разстояние съответства на стабилното равновесно положение на молекулите.

С увеличаване на разстоянието rмежду молекулите, както силите на привличане, така и силите на отблъскване намаляват, като силите на отблъскване намаляват по-бързо и стават по-малки от силите на привличане. Резултантната сила (на привличане и отблъскване) се стреми да доближи молекулите до първоначалното им състояние. Но започвайки от известно разстояние r m , взаимодействието на молекулите става толкова малко, че може да бъде пренебрегнато. най-дълго разстояние r m , върху който молекулите все още взаимодействат, се нарича радиус на молекулярно действие (r m ~ 1,57 10 -9 m).

Тъй като разстоянието намалява rмежду молекулите се увеличават както силите на привличане, така и силите на отблъскване, като силите на отблъскване нарастват по-бързо и стават по-големи от силите на привличане. Резултантната сила сега се стреми да отблъсне молекулите една от друга.

Доказателство за силовото взаимодействие на молекулите:

а) деформация на тела под въздействието на сила;

б) запазване на формата от твърди тела (сили на привличане);

в) наличие на празнини между молекулите (сили на отблъскване).

* Проекционна диаграма на силите на взаимодействие

Взаимодействието на две молекули може да се опише с помощта на графиката на проекцията на резултата Е r сили на привличане и отблъскване на молекули от разстояние rмежду техните центрове. Нека насочим оста rот молекула 2 , чийто център съвпада с началото на координатите, на разстояние от него r 1 център на молекулата 2 (фиг. 3, а).

Разликата в структурата на газове, течности и твърди вещества

В различните агрегатни състояния на веществото разстоянието между неговите молекули е различно. Оттук и разликата в силовото взаимодействие на молекулите и съществената разлика в естеството на движението на молекулите на газове, течности и твърди тела.

AT газоверазстоянията между молекулите са няколко пъти по-големи от размерите на самите молекули. В резултат на това силите на взаимодействие между газовите молекули са малки и кинетичната енергия на топлинното движение на молекулите далеч надвишава потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. Всяка молекула се движи свободно от други молекули с огромни скорости (стотици метри в секунда), променяйки посоката и модула на скоростта при сблъсък с други молекули. Дължина на свободния път λ газовите молекули зависи от налягането и температурата на газа. При нормални условия λ ~ 10 -7 м.

AT твърди веществасилите на взаимодействие между молекулите са толкова големи, че кинетичната енергия на движението на молекулите е много по-малка от потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. Молекулите извършват непрекъснати вибрации с малка амплитуда около определено постоянно равновесно положение - възел на кристалната решетка.

Времето, през което частицата осцилира около едно равновесно положение, - време на "заседнал живот" на частица- в твърди вещества е много голям. Следователно твърдите вещества запазват формата си и не текат при нормални условия. Времето на "заседнал живот" на една молекула зависи от температурата. Близо до точката на топене е около 10–1 – 10–3 s, при по-ниски температури може да бъде часове, дни, месеци.

AT течностиразстоянието между молекулите е много по-малко, отколкото в газовете и приблизително същото като в твърдите вещества. Следователно силите на взаимодействие между молекулите са големи. Молекулите на течността, подобно на молекулите на твърдо тяло, се колебаят около определено равновесно положение. Но кинетичната енергия на движението на частиците е съизмерима с потенциалната енергия на тяхното взаимодействие и молекулите по-често се преместват в нови равновесни позиции (времето на „заседналия живот“ е 10–10 – 10–12 s). Това помага да се обясни течливостта на течността.

Вижте също

1. Кикоин А.К. За агрегатните състояния на материята // Квант. - 1984. - № 9. - С. 20-21

Литература

Аксенович Л. А. Физика в гимназията: теория. Задачи. Тестове: Proc. надбавка за институции, осигуряващи общ. среда, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Изд. К. С. Фарино. - Минск: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 119-126.

Понякога под A.v. разберете парциалното налягане на водната пара. В този случай се измерва в паскали (Pa).

АБСОЛЮТНА ТЕМПЕРАТУРА- температура, измерена по абсолютна термодинамична скала, независима от свойствата на термометричното вещество. Преброено от абсолютната нула. Единица A.t. в SI Келвин (К).

АБСОЛЮТНА НУЛА- абсолютна температурна референтна точка; е 273,16 K под температурата на тройната точка на водата, за която се приема стойност от 0,01 o C. постъпателното и въртеливото движение на атомите и молекулите спира, но те не са в покой, а в състояние на "нулеви" вибрации. От законите на термодинамиката следва, че А.н. практически недостижимо.

ЗАКОН АВОГАДРО- един от основните закони на идеалните газове: равни обеми от различни газове при една и съща температура и налягане съдържат еднакъв брой молекули. Открит през 1811 г. от италианец. физик А. Авогадро (1776-1856).

КОНСТАНТ АВОГАДРО(брой) - броят на частиците на единица количество вещество (в 1 mol): N A \u003d 6,022. 10 23 mol -1 .

АГРЕГАТНИ СЪСТОЯНИЯ НА ВЕЩЕСТВОТО- състояния на едно и също вещество, различаващи се по характера на топлинното движение на частиците. Обикновено има 3 ASW: газ, течност и твърдо вещество; понякога тук се споменава и състоянието на плазмата. Вещество във всеки A.S. съществува при определени външни условия (температура, налягане), промяната на които води до преход от един A.S. в друг.

АДИАБАТЕН (АДИАБАТЕН) ПРОЦЕС– модел на термодинамичен процес, при който няма топлообмен между разглежданата система и околната среда. Истински термодинамичен процес може да се счита за А. ако се случва или в топлоизолационна обвивка, или толкова бързо, че топлообменът няма време да се случи.

Линията, изобразяваща равновесието на всяка термодинамична диаграма адиабатенпроцес. Уравнение а. за идеален газ има формата - адиабатен показател и с пи с vтоплинен капацитет при постоянно налягане и съответно обем.

АМОРФНО СЪСТОЯНИЕ- състояние на твърдо вещество, в което няма подреждане на молекулите. Следователно а. веществото има изотропия, т.е. има еднакви физични свойства във всички посоки и няма определена точка на топене.

АНЕРОЙ- анероиден барометър, устройство за измерване на атмосферното налягане, чиято приемна част е метална кутия, вътре в която се създава силен вакуум. При смяна на атм. налягане, деформацията на кутията се променя, което с помощта на свързана с нея пружина и система от лостове кара стрелката да се върти.

АНИЗОТРОПИЯ- зависимостта на физичните свойства на материята от посоката (за разлика от изотропия). Свързва се с вътрешната подредена структура на медиите и се намира в явленията на еластичност, топло- и електрическа проводимост, разпространение на звук и светлина в твърди тела. То може да бъде присъщо и на физическото пространство в присъствието на електромагнитни, гравитационни и други полета.

АТМОСФЕРНО НАЛЯГАНЕНатискът, упражняван от земната атмосфера върху всички обекти в нея. Определя се от теглото на надлежащия въздушен стълб и е най-важната величина, описваща състоянието на земната атмосфера. Единици A.d. в SI - Pa, mm Hg. Нормален A.d. равно на 760 mm Hg. или 1013 hPa.

БАРОМЕТЪР- уред за измерване на атмосферно налягане. Най-често срещаната деформация B., която например включва B. - анероид(1844, Л. Види). В такъв Б., когато атмосферното налягане се промени, мембраната увисва, затваряйки кутията, от която се евакуира въздухът, и в този случай стрелката, свързана с мембраната чрез система от лостове, се отклонява. Действие течност B. (например живак B. E. Torricelli, 1644) се основава на балансиране на сиала на атмосферното налягане с теглото на течен стълб.

КРАТКА ПОРЪЧКА- подредено подреждане на атоми или молекули на разстояния, близки до междуатомните; характерни за аморфните вещества и някои течности. (вж.).

ЗАКОН БОЙЛ-МАРИОТ- един от законите идеален газ:за дадена маса на даден газ при постоянна температура произведението от налягане и обем е константа. Формула: pV=конст. Описва изотермичен процес.

Една от основните физични константи, равна на съотношението на универсалното газова константа R към N A .B.p. .Включен в редица важни отношения на статистическата физика: свързва вж. кинетична енергия на частиците и температура, ентропия на физическа система и нейната термодинамична вероятност.

БРАУНОВО ДВИЖЕНИЕ- произволно движение на малки макроскопични частици, суспендирани в течност или газ, възникващо под въздействието на топлинното движение на молекулите. Визуално потвърждение на молекулярно-кинетичната теория. Открита от Р. Браун през 1827 г. Обяснена от А. Айнщайн и М. Смолуховски през 1905 г. Теорията е проверена в експериментите на Дж. Перин през 1906-11 г.

ВАКУУМ- състояние на газ, затворен в съд, имащ налягане значително по-ниско от атмосферното. В зависимост от съотношението между свободния път на атомите или молекулите и линейния размер на съда се разграничават свръхвисок, висок, среден и нисък вакуум.

ВЛАЖНОСТ НА ВЪЗДУХА- наличието на водни пари във въздуха. Описва се с физични величини абсолютени роднина AT . , които се измерват влагомери.

ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ- енергията на тялото, зависеща само от вътрешното му състояние; се състои от енергията на случайно (топлинно) движение на атоми, молекули или други частици и енергията на вътрешноатомни и междумолекулни движения и взаимодействия. (См. първи закон на термодинамиката). В MKT не се отчита енергията на вътрешноатомните частици и техните взаимодействия.

ВТОРИЯТ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТАедин от основните закони термодинамика, според който е невъзможен периодичен процес, единственият резултат от който е извършването на работа, еквивалентна на количеството топлина, получено от нагревателя. Друга формулировка: невъзможен е процес, единственият резултат от който е преносът на енергия под формата на топлина от по-малко нагрято тяло към по-горещо. В.з.т. изразява тенденцията на система, състояща се от голям брой хаотично движещи се частици, към спонтанен преход от по-малко вероятни състояния към по-вероятни състояния. Още един начин за формулиране на WZT: невъзможно е да се създаде вечен двигател от втори вид.

ГАЗОПОСТОЯТЕЛНА УНИВЕРСАЛНА(R) - една от основните физични константи, включени в уравнението на състоянието (См.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Физическо значение: работата по разширяването на един мол идеален газ в изобарен процес с повишаване на температурата с 1 K.

ГАЗОВ ТЕРМОМЕТЪР- устройство за измерване на температура, чието действие се основава на зависимостта на налягането или обема на газа от температурата.

един от законите идеален газ: за дадена маса на даден газ при постоянно налягане съотношението на обема към абсолютната температура е постоянна стойност: (или: обемът е право пропорционален на абсолютната температура: , където α е температурният коефициент на налягане). Описва изобаренпроцес.

ВЛАГОМЕТЪР- уред за измерване абсолютенили относителна влажност. G. подразделени на тегло (за определяне на абсолютната влажност), кондензация (за определяне на точката на оросяване), коса (относителна влажност), както и G. психрометрични или психрометри (относителна влажност).

ЦЕЛЗИЙ- извънсистемна единица за температура според Международната практическа температурна скала, където температурата тройна точкавода е 0,01 градуса по Целзий, а точката на кипене при нормално атмосферно налягане е 100 градуса по Целзий.

ДЪЛГА ПОРЪЧКА- подредено подреждане на частици (атоми или молекули) в тялото; характеристика на кристалните вещества. ср затворете поръчката.

ЗАКОН НА ДАЛТОН- един от основните закони на идеалния газ: налягането на смес от химически невзаимодействащи газове е равно на сумата от парциалните налягания на тези газове.

ДЕФЕКТИ В КРИСТАЛИТЕ- несъвършенства на кристалната структура, нарушения на стриктното периодично подреждане на частици (атоми, молекули, йони) във възлите на кристалната решетка. Те включват свободни места (точкови дефекти), дислокации (линейни дефекти), обемни дефекти: пукнатини, пори, черупки и др. Те имат значително влияние върху физичните свойства на кристалите.

ДИСОКАЦИИ- дефекти на линията кристална решетка, нарушавайки правилното редуване на атомните равнини. В две измерения те имат размери от порядъка на размера на атом, а в третото могат да преминат през целия кристал.

ДИСОЦИАЦИЯ- процесът на разпадане на молекулите на по-прости части - атоми, групи от атоми или йони. Може да възникне при повишаване на температурата (термичен D.), в електролитен разтвор (електролитен D.) и под действието на светлина (фотохимичен D.).

ТЕЧНИ КРИСТАЛИ- състояние на материята, в което се откриват структурни свойства, които са междинни между твърдо вещество кристали течност.Образуват се във вещества с удължени молекули, чиято взаимна ориентация определя анизотропияфизическите им свойства. Използват се в инженерството, биологията и медицината.

ТЕЧЕН ТЕРМОМЕТЪР- уред за измерване температура,чието действие се основава на термичното разширение на течността. ж.т. в зависимост от температурния диапазон те се пълнят с живак, етилов алкохол и други течности.

ТЕЧНОСТ- един от агрегатни състояниявещество, междинно между твърдо и газообразно. Дж., като твърд,има ниска свиваемост, висока плътност и в същото време. като газхарактеризиращ се с променливост на формата (тече лесно). Молекулите на течността, подобно на частиците на твърдо тяло, извършват топлинни вибрации, но тяхното равновесно положение се променя от време на време, което осигурява течливостта на течността.

ИДЕАЛНА ГАЗ- мисловен модел на газ, в който силите на взаимодействие между частиците и размерите на тези частици могат да бъдат пренебрегнати. Тези. частиците се приемат като материални точки и цялото взаимодействие се свежда до техните абсолютно еластични удари. Разредените газове при температури, далеч от температурата на кондензация, са близки по свойствата си до I.g. Уравнението на състоянието е Уравнение на Клапейрон - Менделеев.

ИЗОБАР- линия на постоянно налягане, изобразяваща върху диаграмата на състоянието равновесието изобарен процес.

ПРОЦЕС ISOBAR(изобарен) - умствен модел на термодинамичен процес, протичащ при постоянно налягане. За идеалните газове е описано в закона Гей-Люсак.

ИЗОПРОЦЕСИса физически процеси, протичащи при постоянството на някой от параметрите, описващи състоянието на системата (виж фиг. изобарен, изотермичен, изохоричен процес).

ИЗОТЕРМА- линия на постоянна температура, изобразяваща диаграмата на равновесното състояние изотермичен процес.

ИЗОТЕРМИЧЕН ПРОЦЕСе модел на термодинамичен процес, протичащ при постоянна температура. Например кипене на химически хомогенна течност, стопяване на химически хомогенен кристал при постоянно външно налягане. За идеалните газове е описано Законът на Бойл-Мариот.ср изобарен, изохоричен, адиабатен процес.

ИЗОТРОПИЯ, изотропия - еднакви физични свойства във всички посоки. Свързано е с липсата на подредена вътрешна структура на средата и е присъщо на газове, течности (с изключение на течни кристали) и аморфни тела. ср анизотропия.

ИЗОХОРА- линия с постоянен обем, изобразяваща равновесен изохоричен процес върху диаграмата на състоянието.

ИЗОХОРЕН ПРОЦЕС, изохоричен процес - термодинамичен процес, протичащ при постоянен обем на системата. За идеалните газове е описано Чарлз закон.

ИЗПАРЕНИЕ- процесът на изпаряване от свободната повърхност на течност при температура под точката на кипене. I. от повърхността на твърдите тела се нарича сублимация. (вж. кипене, изпаряване).

КАЛОРИМЕТЪР- устройство за определяне на различни калориметрични величини: топлинен капацитет, топлина на изгаряне, топлина на изпарениеи т.н.

КАПИЛЯРНА- тесен съд с характерен размер на напречното сечение по-малък от 1 mm.

КАПИЛЯРНИ ФЕНОМЕНИ- явления, причинени от влиянието на силите на междумолекулно взаимодействие върху равновесието и движението на свободната повърхност на течността, границата на несмесващи се течности и границите на течности с твърди вещества. Например повдигане или спускане на течност в много тънки тръби () и в пореста среда.

ЦИКЪЛ КАРНО- мисловен модел на обратим кръгов процес, състоящ се от две изотермичени две адиабатенпроцеси. По време на изотермично разширение (температура на нагревателя T n) на работната течност (идеален газ) се дава количеството топлина Q nи при изотермична компресия (температура в хладилник T x) - количеството отделена топлина Qx. Ефективност C.c. не зависи от естеството на работния флуид и е равен на .

КИПЕНЕ- процесът на интензивно изпаряване не само от свободната повърхност на течността, но и в целия й обем вътре в мехурчетата пара, образувани в този случай. Температурата на К. зависи от естеството на течността и външното налягане и е между тройна точкаи критична температура (вж критична ситуация).

УРАВНЕНИЕ НА МАЙЕР- връзка, която установява връзка между моларните топлинни мощности на идеален газ при постоянно налягане с п и при постоянен обем с В : с P = с V + R . където Р - .

МАКСУЕЛ РАЗПРОСТРАНЕНИЕ- законът за разпределение на молекулите на идеален газ, който се намира в състояние на термодинамично равновесие, според скоростите.

МАНОМЕТЪР- уред за измерване наляганетечности и газове. Разграничаване на М. за измерване на абсолютно налягане, броено от нула, и М. за измерване на свръхналягане (разликата между абсолютното и атмосферното налягане). Разграничаване на течност, бутало, деформация и пружина М. в зависимост от принципа на действие.

МЕНИСКУС- извитата повърхност на течност в тясна тръба (капилярна) или между тясно разположени плътни стени (виж).

- постоянна физична величина за даден материал, която е фактор на пропорционалност между механичното напрежение и относителното удължение в Закон на Хук: . М.Ю. д е равно на механичното напрежение, което възниква в деформирано тяло, когато дължината му се удвои. Мерната единица SI е паскал.

МОЛЕКУЛА- най-малката стабилна частица от вещество, която има всички химични свойства и се състои от еднакви (просто вещество) или различни (сложно вещество) атоми, обединени чрез химични връзки. ср атом.

МОЛЕКУЛНА МАСАе масата на молекулата, изразена в атомни единици за маса.ср моларна маса.

МОЛЕКУЛЯРНА ФИЗИКА- клон на физиката, който изучава физическите свойства на телата, характеристиките на агрегатните състояния на материята и процесите на фазови преходи в зависимост от молекулярната структура на телата, силите на междумолекулно взаимодействие и естеството на топлинното движение на частиците ( атоми, йони, молекули). См. статистическа физика, термодинамика.

МОЛАРНА МАСАе масата на един мол вещество; скаларна стойност, равна на отношението на масата на тялото към количеството вещество (брой молове), което съдържа. В SI м.м. е равно на молекулно тегловещество, умножено по 10 -3 и се измерва в килограми на мол (kg/mol).

МОНОКРИСТАЛИ- неженен кристалис единична кристална решетка. Те се образуват в естествени условия или се отглеждат изкуствено от стопилки, разтвори, парообразни или твърди фази. ср поликристали.

НАСИТЕНА ПАРА- пара в динамично равновесие с течна или твърда фаза. Под динамично равновесие се разбира такова състояние, при което средният брой молекули, напускащи течността (твърдото вещество), е равен на средния брой молекули на парата, връщащи се в течността (твърдото вещество) за същото време.

НЕОБРАТИМ ПРОЦЕСПроцес, който спонтанно може да протича само в една посока. Всички реални процеси са н.п. и в затворени системи са съпроводени с нарастване ентропия.См. , .

НОРМАЛНИ УСЛОВИЯ- стандартни физически условия, определени от налягане P=101325 Pa (760 mm Hg) и абсолютна температура T=273,15 K.

ОБРАТЕН ПРОЦЕС– модел на процес, за който е възможен обратен процес, последователно повтарящ всички междинни състояния на разглеждания процес. Обратимо е само равновесен процес.пример - . ср .

ОТНОСИТЕЛНА ВЛАЖНОСТ- физическо количество, равно на съотношението на плътността (еластичността) на водната пара, съдържаща се във въздуха, към плътността (еластичността) на наситената пара при същата температура. Изразено като процент. ср абсолютна влажност.

ПАРА- вещество в газообразно състояние при условия, при които чрез компресия е възможно да се постигне равновесие със същото вещество в течно или твърдо състояние, т.е. при температури и налягания под критичните (вж критична ситуация).При ниско налягане и високи температури свойствата на парата се доближават до тези на идеален газ.

ПАРАМЕТЪР НА СЪСТОЯНИЕТО, термодинамичен параметър е физична величина, която служи в термодинамиката за описание на състоянието на дадена система. Например налягане, температура, вътрешна енергия, ентропия и др. P.s. са взаимосвързани, така че равновесното състояние на системата може да бъде уникално определено от ограничен брой параметри (виж Фиг. уравнение на състоянието).

ЗАПАРАВАНЕПроцесът, при който дадено вещество преминава от течно или твърдо състояние в газообразно състояние. Продължава в затворен обем, докато се образува наситена пара. Има два вида П.: изпарениеи кипене.

ЧАСТИЧНО НАЛЯГАНЕ- налягането на газа, който е част от газовата смес, което той би имал, заемайки целия обем на сместа самостоятелно и при температурата на сместа. См. .

ЗАКОН НА ПАСКАЛ- основният закон хидростатика: налягането, създадено от външни сили върху повърхността на течност или газ, се предава еднакво във всички посоки.

ПЪРВИЯТ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТАедин от основните закони термодинамика,който е законът за запазване на енергията за една термодинамична система: количеството топлина Q, докладвана на системата, се изразходва за промяна на вътрешната енергия на системата ∆ Uи каране на системата да работи Системасрещу външни сили. Формула: Q=ΔU+A сист. Относно ползването на П.з.т. се основава работата на топлинните двигатели. Може да се формулира и по друг начин: промяната на вътрешната енергия на системата ∆ Uравно на сумата от количеството топлина, предадено на системата Qи работата на външните сили върху системата A ext. Формула: ∆U=Q+A външен. В тези формули A ext. = - Сист.

ТОПЕНЕ- процесът на преминаване на веществото от кристално състояние в течно състояние. Възниква с поглъщането на определено количество топлина при точката на топене, в зависимост от естеството на веществото и налягането. См. топяща се топлина.

ПЛАЗМА- йонизиран газ, в който концентрациите на положителни и отрицателни заряди са почти еднакви. Образувана при електрически разрядв газове, когато газът се нагрява до температура, достатъчна за термична йонизация. По-голямата част от материята във Вселената е в състояние на плазма: звезди, галактически мъглявини и междузвездна среда.

ПЛАСТМАСА- свойството на твърдите тела под действието на външни сили да променят, без да се срутват, своята форма и размери и да запазят остатъка (пластмаса) деформации. Зависи от вида на течността и температурата. Може да се промени от повърхностноактивни вещества (напр. сапун).

ПОВЪРХНОСТНО НАПРЕЖЕНИЕ- явление, изразяващо се в желанието на течността да намали повърхността си. Дължи се на междумолекулно взаимодействие и се причинява от образуването на повърхностен слой от молекули, чиято енергия е по-голяма от енергията на молекулите вътре в дадена течност при същата температура.

Съдържанието на статията

МОЛЕКУЛАРНО-КИНЕТИЧНА ТЕОРИЯ- клон на молекулярната физика, който изучава свойствата на веществото въз основа на идеи за тяхната молекулна структура и определени закони на взаимодействие между атомите (молекулите), които изграждат вещество. Смята се, че частиците на материята са в непрекъснато произволно движение и това движение се възприема като топлина.

До 19 век Много популярна основа за теорията за топлината беше теорията за калоричното или някакво течно вещество, преминаващо от едно тяло към друго. Нагряването на телата се обяснявало с увеличаване, а охлаждането - с намаляване на съдържащата се в тях калория. Концепцията за атомите дълго време изглеждаше ненужна за теорията на топлината, но много учени още тогава интуитивно свързваха топлината с движението на молекулите. Така по-специално мисли руският учен М. В. Ломоносов. Мина много време, преди молекулярно-кинетичната теория най-накрая да победи в съзнанието на учените и да стане неотменна собственост на физиката.

Много явления в газове, течности и твърди вещества намират просто и убедително обяснение в рамките на молекулярно-кинетичната теория. Така налягане, упражнявано от газа върху стените на съда, в който е затворен, се разглежда като общ резултат от множество сблъсъци на бързо движещи се молекули със стената, в резултат на което те предават импулса си на стената. (Припомнете си, че промяната в импулса за единица време, според законите на механиката, води до появата на сила, а силата на единица повърхност на стената е налягане). Кинетичната енергия на движението на частиците, осреднена за техния огромен брой, определя това, което обикновено се нарича температуравещества.

Произходът на атомистичната идея, т.е. Идеята, че всички тела в природата се състоят от най-малките неделими частици-атоми, датира от древногръцките философи - Левкип и Демокрит. Преди повече от две хиляди години Демокрит пише: „... атомите са безброй по големина и множество, но те се втурват във вселената, кръжат във вихър и така се ражда всичко сложно: огън, вода, въздух, земя.“ Решаващ принос за развитието на молекулярно-кинетичната теория е направен през втората половина на 19 век. произведения на забележителни учени J.K. Статистическият подход е обобщен (по отношение на всяко състояние на материята) в началото на 20 век. в трудовете на американския учен Дж. Гибс, който се смята за един от основателите на статистическата механика или статистическата физика. И накрая, през първите десетилетия на 20в физиците разбраха, че поведението на атомите и молекулите се подчинява на законите не на класическата, а на квантовата механика. Това даде мощен тласък на развитието на статистическата физика и даде възможност да се опишат редица физически явления, които преди това не можеха да бъдат обяснени в рамките на обичайните концепции на класическата механика.

Молекулярно-кинетична теория на газовете.

Всяка молекула, летяща към стената, при сблъсък с нея предава инерцията си на стената. Тъй като скоростта на молекулата по време на еластичен сблъсък със стената варира от стойността vпреди - v, стойността на предавания импулс е 2 мв. Сила, действаща върху повърхността на стената D Свъв времето Д T, се определя от стойността на общия импулс, предаван от всички молекули, достигащи стената през този период от време, т.е. Е= 2мвн ° Сд С/Д T, където n ° Сопределени от израз (1). За стойността на налягането стр = Е/Д Св този случай намираме: p= (1/3)nmv 2.

За да се получи крайният резултат, е възможно да се изостави предположението за една и съща скорост на молекулите чрез разделяне на независими групи от молекули, всяка от които има своя собствена приблизително еднаква скорост. Тогава средното налягане се намира чрез осредняване на квадрата на скоростта за всички групи молекули, или

Този израз може да бъде представен и като

Удобно е да придадете на тази формула различна форма, като умножите числителя и знаменателя под знака за квадратен корен по числото на Авогадро

N a= 6,023 10 23 .

Тук М = mN A- атомно или молекулно тегло, стойност R = kN A\u003d 8,318 10 7 erg се нарича газова константа.

Средната скорост на молекулите в газ, дори при умерени температури, се оказва много висока. И така, за водородни молекули (H 2) при стайна температура ( T= 293K) тази скорост е около 1900 m/s, за азотните молекули във въздуха е около 500 m/s. Скоростта на звука във въздуха при същите условия е 340 m/s.

Като се има предвид това н = н/V, където Vе обемът, зает от газа, не общият брой на молекулите в този обем, лесно е да се получат следствия от (5) под формата на известни газови закони. За това общият брой молекули е представен като н = vN A, където vе броят на газовите молове и уравнение (5) приема формата

(8) pV = vRT,

което се нарича уравнение на Клапейрон-Менделеев.

В състояние T= const налягането на газа варира обратно пропорционално на обема, който заема (закон на Бойл-Мариот).

В затворен съд с фиксиран обем V= const промени в налягането в пряка зависимост от промяната в абсолютната температура на газа T. Ако даден газ е при условия, при които налягането му остава постоянно стр= const, но температурата се променя (такива условия могат да бъдат реализирани, например, ако газът се постави в цилиндър, затворен с подвижно бутало), тогава обемът, зает от газа, ще се промени пропорционално на промяната на неговата температура (закон на Гей-Люсак).

Нека в съда има смес от газове, т.е. има няколко различни вида молекули. В този случай големината на импулса, прехвърлен към стената от молекули от всеки тип, не зависи от наличието на молекули от други типове. Оттук следва, че налягането на смес от идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания, които всеки газ би създал поотделно, ако заемаше целия обем.Това е друг от газовите закони - известният закон на Далтон.

Среден свободен път на молекулите . Един от първите, които още през 50-те години на 18-ти век дадоха разумни оценки на средната топлинна скорост на молекулите на различни газове, беше австрийският физик Клаузиус. Необичайно големите стойности на тези скорости, получени от него, веднага предизвикаха възражения. Ако скоростите на молекулите наистина са толкова големи, тогава миризмата на всяко миризливо вещество трябва почти моментално да се разпространи от единия край на затворена стая до другия. Всъщност разпространението на миризмата е много бавно и вече е известно, че се извършва чрез процес, наречен дифузия в газа. Клаузиус, а по-късно и други, успяха да обяснят убедително този и други транспортни процеси в газ (като топлопроводимост и вискозитет), използвайки концепцията за средния свободен път молекули , тези. средното разстояние, изминато от една молекула от един сблъсък до следващия.

Всяка молекула в газ преживява много голям брой сблъсъци с други молекули. В интервала между сблъсъците молекулите се движат почти по права линия, като изпитват резки промени в скоростта само в момента на самия сблъсък. Естествено, дължините на правите участъци по пътя на една молекула могат да бъдат различни, така че има смисъл да се говори само за определен среден свободен път на молекулите.

За времето D Tмолекулата преминава през сложен зигзагообразен път, равен на vд T. Има толкова пречупвания в траекторията, колкото и сблъсъци. Позволявам Зозначава броя на сблъсъците, които една молекула изпитва за единица време. Средният свободен път тогава е равен на съотношението на дължината на пътя N 2, например, а» 2,0 10 –10 м. Таблица 1 показва стойностите на l 0, изчислени по формула (10) в µm (1 µm = 10 –6 m) за някои газове при нормални условия ( стр= 1 atm, T=273K). Тези стойности се оказват приблизително 100–300 пъти по-големи от вътрешния диаметър на молекулите.

Всяко вещество се разглежда от физиката като колекция от най-малките частици: атоми, молекули и йони. Всички тези частици са в непрекъснато хаотично движение и взаимодействат помежду си чрез еластични сблъсъци.

Атомна теория - основа на молекулярно-кинетичната теория

Демокрит

Молекулярно-кинетичната теория възниква в древна Гърция преди около 2500 години. Обмисля се основата му атомна хипотеза , спонсориран от древногръцкия философ Левкипи негов ученик Древногръцкият учен Демокритот град Абдера.

Левкип

Левкип и Демокрит приемат, че всички материални неща се състоят от неделими най-малки частици, които се наричат атоми (от гръцкиἄτομος - неделима). И пространството между атомите е изпълнено с празнота. Всички атоми имат размер и форма и могат да се движат. Привържениците на тази теория през Средновековието са били Джордано Бруно, Галилео, Айзък Бекмани други учени. Основите на молекулярно-кинетичната теория са положени в труда "Хидродинамика", публикуван през 1738 г. Неговият автор е швейцарски физик, механик и математик Даниел Бернули.

Основни положения на молекулярната кинетична теория

Михаил Василиевич Ломоносов

Най-близо до съвременната физика беше теорията за атомната структура на материята, разработена през 18 век от великия руски учен Михаил Василиевич Ломоносов. Той твърди, че всички вещества са изградени от молекуликоято той извика корпускули . А корпускулите от своя страна се състоят от атоми . Теорията на Ломоносов се наричаше корпускуларен .

Но както се оказа, атомът е разделен. Състои се от положително заредено ядро ​​и отрицателни електрони. Като цяло е електрически неутрален.

Съвременната наука призовава атом най-малката част от химичния елемент, която е носител на основните му свойства. Свързани чрез междуатомни връзки, атомите образуват молекули. Една молекула може да съдържа един или повече атоми от един и същи или различни химични елементи.

Всички тела са съставени от огромен брой частици: атоми, молекули и йони. Тези частици се движат постоянно и хаотично. Движението им няма определена посока и се нарича топлинно движение . По време на движението си частиците взаимодействат помежду си чрез абсолютно еластични сблъсъци.

Не можем да наблюдаваме молекули и атоми с просто око. Но можем да видим резултата от техните действия.

Потвърждение на основните положения на молекулярно-кинетичната теория са: дифузия , Брауново движение и промяна агрегатни състояния на веществата .

дифузия

Дифузия в течност

Едно от доказателствата за постоянното движение на молекулите е явлението дифузия .

В процеса на движение молекулите и атомите на едно вещество проникват между молекулите и атомите на друго вещество в контакт с него. Молекулите и атомите на второто вещество се държат по абсолютно същия начин.отношение към първото. И след известно време молекулите на двете вещества се разпределят равномерно в целия обем.

Процесът на проникване на молекули на едно вещество между молекулите на друго се нарича дифузия . Всеки ден се сблъскваме с феномена на дифузия у дома, когато пуснем пакетче чай в чаша вряща вода. Наблюдаваме как безцветната вряща вода променя цвета си. Хвърляйки няколко кристала манган в епруветка с вода, можете да видите, че водата става розова. Това също е дифузия.

Броят на частиците в единица обем се нарича концентрация вещества. По време на дифузия молекулите се движат от онези части на веществото, където концентрацията е по-висока, към онези части, където е по-малка. Движението на молекулите се нарича дифузионен поток . В резултат на дифузията концентрациите в различни части на веществата се изравняват.

Дифузия може да се наблюдава в газове, течности и твърди вещества. В газовете това се случва с по-бърза скорост, отколкото в течности. Знаем колко бързо миризмите се разпространяват във въздуха. Течността в епруветката се оцветява много по-бавно, ако в нея се капне мастило. И ако поставим солни кристали на дъното на съд с вода и не го смесваме, тогава ще мине повече от един ден, преди разтворът да стане хомогенен.

Дифузия възниква и на границата на контактуващите метали. Но скоростта му в този случай е много малка. Ако покриете мед със злато, тогава при стайна температура и атмосферно налягане златото ще проникне в медта само с няколко микрона за няколко хиляди години.

Оловото от слитък, поставен под товар върху златен слитък, ще проникне в него само на дълбочина от 1 см за 5 години.

Дифузия в металите

Скорост на дифузия

Скоростта на дифузия зависи от площта на напречното сечение на потока, разликата в концентрациите на веществата, разликата в техните температури или заряди. През пръчка с диаметър 2 см топлината се разпространява 4 пъти по-бързо, отколкото през пръчка с диаметър 1 см. Колкото по-голяма е температурната разлика на веществата, толкова по-висока е скоростта на дифузия. По време на топлинна дифузия нейната скорост зависи от топлопроводимост материал, а при поток от електрически заряди - от електропроводимост .

Законът на Фик

Адолф Фик

През 1855 г. немският физиолог Адолф Юджийн Фик прави първото количествено описание на процесите на дифузия:

където Дж - плътност дифузионен поток на материя,

д - коефициент на дифузия,

° С - концентрация на веществото.

Дифузионна плътност на потока на материятаДж [cm -2 s -1 ] е пропорционален на коефициента на дифузияд [cm -2 s -1 ] и градиента на концентрация, взет с обратен знак.

Това уравнение се нарича Първото уравнение на Фик .

Нарича се дифузия, в резултат на която концентрациите на веществата се изравняват нестационарна дифузия . При такава дифузия градиентът на концентрация се променя с времето. И в случай стационарна дифузия този градиент остава постоянен.

Брауново движение

Робърт Браун

Това явление е открито от шотландския ботаник Робърт Браун през 1827 г. Изследвайки под микроскоп цитоплазмени зърна, суспендирани във вода, изолирани от поленови клетки на северноамериканско растениеКларкия пулчела, той обърна внимание на най-малките твърди зърна. Те трепереха и се движеха бавно без видима причина. Ако температурата на течността се повиши, скоростта на частиците се увеличи. Същото се случи, когато размерът на частиците намалее. И ако размерът им се увеличи, температурата на течността се понижи или нейният вискозитет се увеличи, движението на частиците се забави. И тези невероятни "танци" на частиците могат да се наблюдават безкрайно дълго. Решавайки, че причината за това движение е, че частиците са живи, Браун заменя зърната с малки частици въглища. Резултатът беше същият.

Брауново движение

За да повторите опитите на Браун, е достатъчно да имате най-обикновен микроскоп. Молекулният размер е твърде малък. И е невъзможно да ги разгледаме с такова устройство. Но ако оцветим водата в епруветка с акварелна боя и след това я погледнем през микроскоп, виждаме малки цветни частици, които се движат произволно. Това не са молекули, а частици боя, суспендирани във вода. И те са принудени да се движат от водни молекули, които ги удрят от всички страни.

Това е поведението на всички частици, видими в микроскоп, които са суспендирани в течности или газове. Тяхното произволно движение, причинено от топлинното движение на молекули или атоми, се нарича брауново движение . Брауновите частици непрекъснато се подлагат на удари от молекулите и атомите, които изграждат течности и газове. И това движение не спира.

Но частици с размер до 5 микрона (микрометра) могат да участват в брауновото движение. Ако размерът им е по-голям, те са неподвижни. Колкото по-малък е размерът на браунова частица, толкова по-бързо се движи. Частици, по-малки от 3 микрона, се движат прогресивно по всички сложни траектории или се въртят.

Самият Браун не можа да обясни открития от него феномен. И едва през 19 век учените намериха отговора на този въпрос: движението на брауновите частици се дължи на влиянието на топлинното движение на молекулите и атомите върху тях.

Три състояния на материята

Молекулите и атомите, които изграждат материята, не само се движат, но и взаимодействат помежду си, взаимно се привличат или отблъскват.

Ако разстоянието между молекулите е сравнимо с техния размер, тогава те изпитват привличане. Ако тя стане по-малка, тогава отблъскващата сила започва да преобладава. Това обяснява устойчивостта на физическите тела към деформация (компресия или опън).

Ако тялото се компресира, тогава разстоянието между молекулите намалява и отблъскващите сили ще се опитат да върнат молекулите в първоначалното им състояние. Когато се разтегне, деформацията на тялото ще пречи на силите на привличане между молекулите.

Молекулите взаимодействат не само в рамките на едно тяло. Потопете парче плат в течността. Ще видим, че се намокри. Това се дължи на факта, че молекулите на течността се привличат към молекулите на твърдите вещества по-силно, отколкото една към друга.

Всяко физическо вещество, в зависимост от температурата и налягането, може да бъде в три състояния: твърдо, течно или газообразен . Те се наричат агрегат .

В газове разстоянието между молекулите е голямо. Следователно силите на привличане между тях са толкова слаби, че те извършват хаотично и почти свободно движение в пространството. Те променят посоката на движение, като се удрят един в друг или в стените на кръвоносните съдове.

в течности молекулите са по-близо една до друга, отколкото в газ. Между тях има повече привличане. Молекулите в тях вече не се движат свободно, а осцилират произволно близо до равновесното положение. Но те са в състояние да скочат по посока на външната сила, като сменят местата си един с друг. Резултатът от това е поток от течност.

В твърди вещества силите на взаимодействие между молекулите са много големи поради близкото разстояние между тях. Те не могат да преодолеят привличането на съседни молекули, поради което са способни да извършват само колебателни движения около равновесното положение.

Твърдите тела запазват обем и форма. Течността няма форма, тя винаги приема формата на съда, в който се намира в момента. Но обемът му остава същият. Газообразните тела се държат различно. Те лесно променят формата и обема си, като приемат формата на съда, в който са поставени, и заемат целия предоставен им обем.

Има обаче и такива тела, които имат структура на течност, имат лека течливост, но в същото време могат да запазят формата си. Такива тела се наричат аморфен .

Съвременната физика отделя четвъртото агрегатно състояние на материята - плазма .

Определение 1

Молекулярно-кинетична теория- това е учението за структурата и свойствата на материята, основано на идеята за съществуването на атоми и молекули, като най-малките частици от химически вещества.

Основните положения на молекулярно-кинетичната теория на молекулата:

1. Всички вещества могат да бъдат в течно, твърдо и газообразно състояние. Те се образуват от частици, които са съставени от атоми. Елементарните молекули могат да имат сложна структура, тоест да съдържат няколко атома. Молекулите и атомите са електрически неутрални частици, които при определени условия придобиват допълнителен електрически заряд и се превръщат в положителни или отрицателни йони.
2. Атомите и молекулите се движат непрекъснато.
3. Частиците с електрическо естество на сила взаимодействат една с друга.

Основните разпоредби на MKT и техните примери са изброени по-горе. Между частиците има малко гравитационно влияние.

Фигура 3. един . един . Траекторията на браунова частица.

Определение 2

Брауновото движение на молекули и атоми потвърждава съществуването на основните положения на молекулярно-кинетичната теория и го обосновава експериментално. Това термично движение на частиците се случва с молекули, суспендирани в течност или газ.

Експериментално обосноваване на основните положения на молекулярно-кинетичната теория

През 1827 г. Р. Браун открива това движение, което се дължи на произволни удари и движения на молекули. Тъй като процесът беше хаотичен, ударите не можеха да се балансират един друг. Оттук и заключението, че скоростта на браунова частица не може да бъде постоянна, тя постоянно се променя, а посоката на движение е изобразена като зигзаг, показан на фигура 3. един . един .

А. Айнщайн говори за брауновото движение през 1905 г. Неговата теория е потвърдена в експериментите на J. Perrin през 1908 - 1911 г.

Определение 3

Следствие от теорията на Айнщайн: изместен квадрат< r 2 >на Браунова частица спрямо началната позиция, осреднена за много Браунови частици, е пропорционална на времето на наблюдение t .

Изразяване< r 2 >= D t обяснява закона за дифузия. Според теорията имаме, че D нараства монотонно с повишаване на температурата. Случайното движение е видимо при наличие на дифузия.

Определение 4

дифузия- това е определението за феномена на проникване на две или повече съседни вещества едно в друго.

Този процес протича бързо в нехомогенен газ. Благодарение на дифузионни примери с различна плътност може да се получи хомогенна смес. Когато кислородът O 2 и водородът H 2 са в един съд с преграда, когато се отстрани, газовете започват да се смесват, образувайки опасна смес. Процесът е възможен, когато водородът е отгоре, а кислородът е отдолу.

Процесите на взаимно проникване също протичат в течности, но много по-бавно. Ако разтворим твърдо вещество, захар, във вода, получаваме хомогенен разтвор, който е ярък пример за дифузионни процеси в течности. При реални условия смесването на течности и газове се маскира от бързи процеси на смесване, например при възникване на конвекционни токове.

Дифузията на твърдите вещества се отличава с бавната си скорост. Ако повърхността на взаимодействие на металите се почисти, тогава може да се види, че за дълъг период от време във всеки от тях ще се появят атоми на друг метал.

Определение 5

Дифузията и брауновото движение се считат за свързани явления.

При взаимното проникване на частици от двете вещества движението е произволно, т.е. има хаотично топлинно движение на молекулите.

Силите, действащи между две молекули, зависят от разстоянието между тях. Молекулите имат както положителни, така и отрицателни заряди. На големи разстояния преобладават силите на междумолекулно привличане, на малки разстояния преобладават силите на отблъскване.

Снимка 3 . 1 . 2 показва зависимостта на резултантната сила F и потенциалната енергия E p на взаимодействието между молекулите от разстоянието между техните центрове. На разстояние r = r 0 силата на взаимодействие изчезва. Това разстояние условно се приема за диаметър на молекулата. При r = r 0 потенциалната енергия на взаимодействие е минимална.

Определение 6

За да се раздалечат две молекули една от друга с разстояние r 0 , трябва да се отчете E 0, наречено енергия на свързване или потенциална дълбочина на кладенеца.

Фигура 3. един . 2.Силата на взаимодействието Еи потенциална енергия на взаимодействие E стр две молекули. F > 0- отблъскваща сила Е< 0 - сила на гравитацията.

Тъй като молекулите са малки по размер, простите едноатомни могат да бъдат не повече от 10 - 10 м. Сложните могат да достигнат размери стотици пъти по-големи.

Определение 7

Случайното произволно движение на молекулите се нарича топлинно движение.

С повишаване на температурата кинетичната енергия на топлинното движение се увеличава. При ниски температури средната кинетична енергия в повечето случаи е по-малка от дълбочината на потенциалната яма E 0 . Този случай показва, че молекулите се вливат в течност или твърдо вещество със средно разстояние между тях r 0 . Ако температурата се повиши, тогава средната кинетична енергия на молекулата надвишава E 0, тогава те се разлитат и образуват газообразно вещество.

В твърдите тела молекулите се движат произволно около фиксирани центрове, тоест равновесни позиции. В пространството той може да бъде разпределен неравномерно (в аморфни тела) или с образуването на подредени обемни структури (кристални тела).

Агрегатни състояния на веществата

Свободата на топлинно движение на молекулите се вижда в течностите, тъй като те нямат свързване към центрове, което позволява движение в целия обем. Това обяснява неговата течливост.

Определение 8

Ако молекулите са близо, те могат да образуват подредени структури с няколко молекули. Това явление е наименувано затворете поръчката. дистанционна поръчкахарактерни за кристалните тела.

Разстоянието в газовете между молекулите е много по-голямо, така че действащите сили са малки и движенията им вървят по права линия, чакайки следващия сблъсък. Стойността от 10 - 8 m е средното разстояние между молекулите на въздуха при нормални условия. Тъй като взаимодействието на силите е слабо, газовете се разширяват и могат да запълнят произволен обем на съда. Когато тяхното взаимодействие клони към нула, тогава се говори за представяне на идеален газ.

Кинетичен модел на идеален газ

В микрони количеството материя се счита за пропорционално на броя на частиците.

Определение 9

къртица- това е количеството вещество, съдържащо толкова частици (молекули), колкото има атоми в 0,012 до g въглерод C 12. Въглеродната молекула се състои от един атом. От това следва, че 1 мол вещество има същия брой молекули. Този номер се нарича постоянен Авогадро N A: N A \u003d 6, 02 ċ 1023 mol - 1.

Формула за определяне на количеството на веществото ν се записва като съотношението N на броя на частиците към константата на Авогадро N A: ν = N N A .

Определение 10

Масата на един мол веществонаричаме моларната маса M. Тя е фиксирана под формата на формулата M \u003d N A ċ m 0.

Изразяването на моларната маса се прави в килограми на мол (k g / mol b).

Определение 11

Ако веществото има един атом в състава си, тогава е уместно да се говори за атомната маса на частицата. Единицата за атом е 1 12 маси на въглеродния изотоп С 12, наречен единица атомна масаи написано като ( а. Яжте.): 1 а. е. м. \u003d 1, 66 × 10 - 27 до g.

Тази стойност съвпада с масата на протона и неутрона.

Определение 12

Съотношението на масата на атом или молекула на дадено вещество към 1 12 от масата на въглероден атом се нарича относителна маса.

Ако забележите грешка в текста, моля, маркирайте я и натиснете Ctrl+Enter