Prema molekularno-kinetičkoj teoriji (MKT), sve supstance se sastoje od najmanjih čestica - molekula. Molekuli su u stalnom kretanju i međusobno djeluju.

MKT je potkrijepljen brojnim eksperimentima i ogromnim brojem fizičkih fenomena. Pogledajmo njegove tri glavne tačke.

Sve supstance se sastoje od čestica.

1) Sve supstance se sastoje od najmanjih čestica: molekula, atoma, jona itd., odvojenih prazninama.

Molekul- najmanja stabilna čestica supstance koja zadržava osnovna hemijska svojstva.

Molekuli koji čine datu supstancu su potpuno isti; različite supstance se sastoje od različitih molekula. U prirodi postoji izuzetno veliki broj različitih molekula.

Molekule se sastoje od manjih čestica koje se nazivaju atomi.

atomi- najmanje čestice hemijskog elementa koje zadržavaju njegova hemijska svojstva.

Broj različitih atoma je relativno mali i jednak je broju hemijskih elemenata (116) i njihovih izotopa (oko 1500).

Atomi su vrlo složene formacije, ali klasični MKT koristi model atoma u obliku čvrstih nedjeljivih čestica sfernog oblika.

Prisustvo praznina između molekula proizilazi, na primjer, iz eksperimenata na pomicanju različitih tekućina: volumen mješavine je uvijek manji od zbira volumena miješanih tekućina. Fenomeni propusnosti, stišljivosti i rastvorljivosti supstanci takođe ukazuju na to da one nisu kontinuirane, već se sastoje od pojedinačnih čestica razdvojenih intervalima.

Uz pomoć savremenih istraživačkih metoda (elektronski i sondni mikroskop) bilo je moguće dobiti slike molekula.

*Zakon višestrukih odnosa

Postojanje molekula je briljantno potvrđeno zakonom višestrukih odnosa. Kaže: "kada se iz dva elementa formiraju različita jedinjenja (supstance), mase jednog od elemenata u različitim jedinjenjima su povezane kao celi brojevi, tj. nalaze se u višestrukim omjerima." Na primjer, dušik i kisik daju pet jedinjenja: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. U njima, sa istom količinom dušika, kisik ulazi u spoj u količinama koje su u višestrukim omjerima 1:2:3:4:5. Zakon višestrukih odnosa je lako objasniti. Svaka supstanca se sastoji od identičnih molekula odgovarajućeg atomskog sastava. Budući da su svi molekuli date supstance isti, omjer težinskih količina jednostavnih elemenata koji čine cijelo tijelo je isti kao u jednoj molekuli, pa je stoga višekratnik atomskih težina, što potvrđuje iskustvo.

Masa molekula

Odredite masu molekula na uobičajeni način, tj. vaganje je, naravno, nemoguće. Ona je premala za to. Trenutno postoji mnogo metoda za određivanje mase molekula, posebno pomoću masenog spektrografa, mase m 0 svih atoma periodnog sistema.

Dakle, za izotop ugljika \(~^(12)_6C\) m 0 \u003d 1,995 10 -26 kg. Budući da su mase atoma i molekula izuzetno male, u proračunima se obično koriste ne apsolutne, već relativne vrijednosti mase koje se dobijaju poređenjem masa atoma i molekula sa jedinicom atomske mase, koja se bira kao \(~\dfrac(1 )(12)\) dio mase atoma izotopa ugljika \(~^(12)_6C\):

1 amu = 1/12 m 0C = 1.660 10 -27 kg.

Relativna molekularna(ili atomski) težina M r je vrijednost koja pokazuje koliko je puta masa molekule (ili atoma) veća od jedinice atomske mase:

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

Relativna molekulska (atomska) masa je bezdimenzionalna veličina.

Relativne atomske mase svih hemijskih elemenata su naznačene u periodnom sistemu. Dakle, za vodonik je 1,008, za helijum - 4,0026. U proračunima, relativna atomska masa se zaokružuje na najbliži cijeli broj. Na primjer, vodonik ima do 1, helij ima do 4.

Relativna molekulska težina date supstance jednaka je zbroju relativnih atomskih masa elemenata koji čine molekul ove supstance. Izračunava se pomoću periodnog sistema i hemijske formule supstance.

Da, za vodu. H 2 O relativna molekulska težina je M r = 1 2 + 16 = 18.

Količina supstance. Avogadrova konstanta

Količina materije sadržana u tijelu određena je brojem molekula (ili atoma) u tom tijelu. Budući da je broj molekula u makroskopskim tijelima vrlo velik, da bi se odredila količina materije u tijelu, broj molekula u njemu se upoređuje s brojem atoma u 0,012 kg ugljikovog izotopa \(~^(12)_6C \).

Količina supstance ν - vrijednost jednaka omjeru broja molekula (atoma) N u datom tijelu na broj atoma N A u 0,012 kg ugljičnog izotopa \(~^(12)_6C\):

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

U SI, jedinica za količinu supstance je mol. 1 mol- količina supstance koja sadrži isti broj strukturnih elemenata (atoma, molekula, jona) koliko ima atoma u 0,012 kg ugljičnog izotopa \(~^(12)_6C\).

Broj čestica u jednom molu supstance se naziva stalni Avogadro.

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

Dakle, 1 mol bilo koje supstance sadrži isti broj čestica - N A čestice. Od mise m 0 čestice su različite za različite supstance, zatim masa N A čestice u različitim supstancama su različite.

Masa supstance uzete u količini od 1 mol naziva se molarna masa M:

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

SI jedinica molarne mase je kilogram po molu (kg/mol).

između molarne mase Μ i relativnu molekulsku masu M r postoji sljedeća relacija:

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

Dakle, molekularna težina ugljičnog dioksida je 44, molarna masa je 44 10 -3 kg / mol.

Poznavanje mase supstance i njene molarne mase M, možete pronaći broj molova (količina supstance) u tijelu\[~\nu = \dfrac(m)(M)\].

Zatim iz formule (2) broj čestica u tijelu

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

Poznavajući molarnu masu i Avogadrovu konstantu, možemo izračunati masu jednog molekula:

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

Veličine molekula

Veličina molekula je uslovna vrijednost. Ovako se vrednuje. Između molekula, uz sile privlačenja, postoje i sile odbijanja, pa se molekuli mogu približiti jedni drugima samo do određene udaljenosti. d(Sl. 1).

Udaljenost najbližeg približavanja centara dvaju molekula naziva se efektivni prečnik molekule d(u ovom slučaju pretpostavlja se da molekuli imaju sferni oblik).

Veličine molekula raznih supstanci nisu iste, ali su sve oko 10 -10 m, tj. vrlo male.

vidi takođe

1. Kikoin A.K. Masa i količina supstancije, ili o jednoj Njutnovoj „grešici“ // Kvant. - 1984. - br. 10. - S. 26-27
2. Kikoin A.K. Jednostavna metoda za određivanje veličine molekula // Kvant. - 1983. - br. 9. - C.29-30

Molekuli se kreću nasumično

2) Molekuli su u kontinuiranom nasumičnom (termalnom) kretanju.

Vrsta termičkog kretanja (translaciono, oscilatorno, rotaciono) molekula zavisi od prirode njihove interakcije i menja se tokom prelaska supstance iz jednog agregacionog stanja u drugo. Intenzitet toplotnog kretanja zavisi i od telesne temperature.

Evo nekih dokaza o nasumičnom (haotičnom) kretanju molekula: a) želja gasa da zauzme čitavu zapreminu koja mu je data; b) difuzija; c) Braunovo kretanje.

Difuzija

Difuzija- spontano međusobno prodiranje molekula susednih supstanci, što dovodi do izjednačavanja koncentracije supstance u celoj zapremini. Tokom difuzije, molekuli susjednih tijela, koji su u neprekidnom kretanju, prodiru u međumolekularne praznine jedan drugog i raspoređuju se između njih.

Difuzija se manifestuje u svim tijelima - u plinovima, tekućinama, čvrstim tvarima, ali u različitom stepenu.

Difuzija u plinovima može se otkriti ako se, na primjer, posuda s mirisnim plinom otvori u zatvorenom prostoru. Nakon nekog vremena, plin će se proširiti po prostoriji.

Difuzija u tečnostima je mnogo sporija nego u gasovima. Na primjer, ako prvo sipate sloj otopine bakar sulfata u čašu, a zatim vrlo pažljivo dodate sloj vode i ostavite staklo u prostoriji sa konstantnom temperaturom, onda nakon nekog vremena oštra granica između otopine bakar sulfata i voda će nestati, a nakon nekoliko dana tečnosti će se pomešati.

Difuzija u čvrstim materijama je čak sporija nego u tečnostima (od nekoliko sati do nekoliko godina). Može se uočiti samo kod dobro uglačanih tijela, kada su razmaci između površina uglačanih tijela bliski međumolekularnoj udaljenosti (10 -8 cm). U ovom slučaju, brzina difuzije raste sa povećanjem temperature i pritiska.

Difuzija igra važnu ulogu u prirodi i tehnologiji. U prirodi se, na primjer, zahvaljujući difuziji, biljke hrane iz tla. Ljudsko i životinjsko tijelo apsorbira hranjive tvari kroz zidove probavnog trakta. U tehnologiji, uz pomoć difuzije, na primjer, površinski sloj metalnih proizvoda je zasićen ugljikom (cementacija) itd.

• Vrsta difuzije je osmoza- prodiranje tečnosti i rastvora kroz poroznu polupropusnu pregradu.

Brownovo kretanje

Brownovo kretanje je 1827. godine otkrio engleski botaničar R. Brown, teorijsku potkrepu sa stanovišta MKT dali su 1905. A. Einstein i M. Smoluchowski.

Brownovo kretanje- ovo je nasumično kretanje najmanjih čvrstih čestica "suspendovanih" u tečnostima (gasovima).

"Suspendirane" čestice su čestice čija je gustina supstance uporediva sa gustinom medija u kojem se nalaze. Takve čestice su u ravnoteži, a najmanji vanjski utjecaj na njih dovodi do njihovog kretanja.

Brownovo kretanje karakterizira sljedeće:

Uzroci Brownovog kretanja su:

1. toplinsko haotično kretanje molekula medija u kojem se nalazi Brownova čestica;
2. odsustvo potpune kompenzacije za udare molekula medija na ovu česticu sa različitih strana, budući da je kretanje molekula nasumično.

Molekule tekućine koje se kreću, kada se sudaraju s bilo kojim čvrstim česticama, prenose im određenu količinu kretanja. Igrom slučaja, primetno veći broj molekula udariće u česticu na jednoj strani nego na drugoj i čestica će početi da se kreće.

• Ako je čestica dovoljno velika, tada je broj molekula koji je napadaju sa svih strana izuzetno velik, njihovi udari se u svakom trenutku kompenziraju i takva čestica praktično ostaje nepomična.

vidi takođe

1. Bronstein M.P. Kako je atom izvagan // Kvant. - 1970. - br. 2. - S. 26-35

Čestice interaguju

3) Čestice u supstanci su međusobno povezane silama molekularne interakcije – privlačenja i odbijanja.

Privlačne i odbojne sile djeluju istovremeno između molekula tvari. Ove sile u velikoj mjeri zavise od udaljenosti između molekula. Prema eksperimentalnim i teorijskim istraživanjima, međumolekularne sile interakcije su obrnuto proporcionalne n stepen udaljenosti između molekula:

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

gdje za sile privlačenja n= 7, a za odbojne sile n= 9 ÷ 15. Dakle, sila odbijanja se više mijenja s rastojanjem.

Između molekula postoje i privlačne i odbojne sile. Postoji neka udaljenost r 0 između molekula, na kojima su odbojne sile po apsolutnoj vrijednosti jednake silama privlačenja. Ova udaljenost odgovara stabilnom ravnotežnom položaju molekula.

Sa povećanjem udaljenosti r između molekula, i privlačne i odbojne sile se smanjuju, pri čemu se sile odbijanja smanjuju brže i postaju manje od privlačnih sila. Rezultirajuća sila (privlačenja i odbijanja) teži da molekule približi njihovom izvornom stanju. Ali počevši od neke distance r m , interakcija molekula postaje toliko mala da se može zanemariti. najduža udaljenost r m , na kojem molekuli i dalje djeluju, naziva se radijus molekularnog djelovanja (r m ~ 1,57 10 -9 m).

Kako se udaljenost smanjuje r između molekula, i privlačne i odbojne sile se povećavaju, a sile odbijanja rastu brže i postaju veće od privlačnih sila. Rezultirajuća sila sada teži da odgurne molekule jedan od drugog.

Dokaz interakcije sila molekula:

a) deformacije tela pod dejstvom sile;

b) očuvanje forme čvrstim tijelima (privlačnim silama);

c) prisustvo praznina između molekula (odbojne sile).

*Projekcioni dijagram interakcijskih sila

Interakcija dvaju molekula može se opisati pomoću dijagrama projekcije rezultante F r sile privlačenja i odbijanja molekula sa udaljenosti r između njihovih centara. Usmjerimo osu r iz molekula 2 , čije se središte poklapa sa ishodištem koordinata, do udaljenosti od njega r 1 centar molekula 2 (Sl. 3, a).

Razlika u strukturi gasova, tečnosti i čvrstih materija

U različitim agregatnim stanjima tvari, udaljenost između njenih molekula je različita. Otuda i razlika u interakciji sila molekula i suštinska razlika u prirodi kretanja molekula gasova, tečnosti i čvrstih tela.

AT gasovi udaljenosti između molekula su nekoliko puta veće od dimenzija samih molekula. Kao rezultat toga, sile interakcije između molekula plina su male, a kinetička energija toplinskog kretanja molekula daleko premašuje potencijalnu energiju njihove interakcije. Svaki se molekul slobodno kreće od drugih molekula velikim brzinama (stotine metara u sekundi), mijenjajući smjer i modul brzine prilikom sudara s drugim molekulima. Dužina slobodnog puta λ molekula plina ovisi o tlaku i temperaturi plina. U normalnim uslovima λ ~ 10 -7 m.

AT čvrste materije sile interakcije između molekula su toliko velike da je kinetička energija kretanja molekula mnogo manja od potencijalne energije njihove interakcije. Molekuli vrše kontinuirane vibracije sa malom amplitudom oko određene konstantne ravnotežne pozicije - čvora kristalne rešetke.

Vrijeme tokom kojeg čestica oscilira oko jedne ravnotežne pozicije, - vrijeme "sjedećeg života" čestice- u čvrstim materijama je veoma velika. Stoga čvrste tvari zadržavaju svoj oblik i ne teku u normalnim uvjetima. Vrijeme "sjedećeg života" molekula ovisi o temperaturi. U blizini tačke topljenja, to je oko 10–1 – 10–3 s; na nižim temperaturama može biti sati, dana, mjeseci.

AT tečnosti udaljenost između molekula je mnogo manja nego u plinovima, a približno ista kao u čvrstim tvarima. Stoga su sile interakcije između molekula velike. Molekuli tekućine, kao i molekuli čvrstog tijela, osciliraju oko određenog ravnotežnog položaja. Ali kinetička energija kretanja čestica je proporcionalna potencijalnoj energiji njihove interakcije, a molekuli se češće kreću u nove ravnotežne položaje (vrijeme "sjedećeg života" je 10-10 - 10-12 s). Ovo pomaže da se objasni fluidnost tečnosti.

vidi takođe

1. Kikoin A.K. O agregatnim agregatnim stanjima materije // Kvant. - 1984. - br. 9. - S. 20-21

Književnost

Aksenovich L. A. Fizika u srednjoj školi: teorija. Zadaci. Testovi: Proc. dodatak za institucije koje pružaju op. okruženja, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 119-126.

Ponekad pod A.v. razumjeti parcijalni pritisak vodene pare. U ovom slučaju se mjeri u paskalima (Pa).

APSOLUTNA TEMPERATURA- temperatura, mjerena na apsolutnoj termodinamičkoj skali, neovisno o svojstvima termometričke tvari. Računa se od apsolutne nule. Jedinica A.t. u SI Kelvin (K).

APSOLUTNA NULA- referentna tačka apsolutne temperature; je 273,16 K ispod temperature trostruke tačke vode, za koju je prihvaćena vrijednost od 0,01 o C. translatorno i rotaciono kretanje atoma i molekula prestaje, ali oni ne miruju, već u stanju "nulte" vibracije. Iz zakona termodinamike slijedi da je A.n. praktično nedostižno.

AVOGADRO ZAKON- jedan od osnovnih zakona idealnih gasova: jednake zapremine različitih gasova pri istoj temperaturi i pritisku sadrže isti broj molekula. Otvoren 1811. godine od strane Italijana. fizičar A. Avogadro (1776-1856).

AVOGADRO CONSTANT(broj) - broj čestica po jedinici količine tvari (u 1 molu): N A = 6,022. 10 23 mol -1 .

AGREGATNA STANJA SUPSTANCI- stanja iste supstance, koja se razlikuju po prirodi toplotnog kretanja čestica. Obično postoje 3 ASW: gasoviti, tečni i čvrsti; ponekad se ovdje spominje i stanje plazme. Supstanca u bilo kojoj A.S. postoji pod određenim spoljnim uslovima (temperatura, pritisak), čija promena dovodi do prelaska sa jednog A.S. u drugu.

ADIABATSKI (ADIJABATSKI) PROCES– model termodinamičkog procesa u kome nema razmene toplote između sistema koji se razmatra i okoline. Pravi termodinamički proces se može smatrati A. ako se odvija ili u toplotnoizolacionom omotaču, ili tako brzo da razmena toplote nema vremena da se desi.

Linija koja prikazuje ravnotežu na bilo kojem termodinamičkom dijagramu adijabatski proces. Jednačina a. za idealni gas ima oblik - adijabatski eksponent, i sa str i sa v toplotni kapacitet pri konstantnom pritisku i zapremini, respektivno.

AMORPNO STANJE- stanje čvrste materije u kojoj nema rasporeda molekula. Stoga a. supstanca ima izotropiju, tj. ima ista fizička svojstva u svim smjerovima i nema određenu tačku topljenja.

ANEROY- aneroidni barometar, uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka, čiji je prijemni dio metalna kutija, unutar koje se stvara jak vakuum. Prilikom promjene atm. pritiska, deformacija kutije se mijenja, što uz pomoć opruge povezane s njom i sistema poluga uzrokuje okretanje pokazivača strelice.

ANISOTROPY- ovisnost fizičkih svojstava materije o smjeru (za razliku od izotropija). Povezan je sa unutrašnjom uređenom strukturom medija i nalazi se u fenomenima elastičnosti, toplotne i električne provodljivosti, širenju zvuka i svetlosti u čvrstim materijama. Takođe može biti svojstveno fizičkom prostoru u prisustvu elektromagnetnih, gravitacionih i drugih polja.

Atmosferski pritisak Pritisak koji Zemljina atmosfera vrši na sve objekte u njoj. Određuje se težinom zračnog stupa iznad njega i najvažnija je veličina koja opisuje stanje Zemljine atmosfere. Jedinice A.d. u SI - Pa, mm Hg. Normal A.d. jednaka 760 mm Hg. ili 1013 hPa.

BAROMETER- uređaj za mjerenje atmosferskog pritiska. Najčešća deformacija B., koja, na primjer, uključuje B. - aneroid(1844, L. Vidi). U takvom B.-u, kada se atmosferski tlak promijeni, membrana se savija, zatvarajući kutiju iz koje se evakuira zrak, te se u ovom slučaju strelica spojena na membranu putem sistema poluga skreće. Akcija tečnost B. (na primjer, živa B. E. Torricelli, 1644) zasniva se na uravnoteženju atmosferskog tlaka s težinom stupca tekućine.

SHORT ORDER- uređeni raspored atoma ili molekula na udaljenostima bliskim međuatomskim; karakterističan za amorfne supstance i neke tečnosti. (up.).

BOYLE-MARIOTTE ZAKON- jedan od zakona idealan gas: za datu masu datog gasa na konstantnoj temperaturi, proizvod pritiska i zapremine je konstanta. Formula: pV=konst. Opisuje izotermni proces.

Jedna od glavnih fizičkih konstanti, jednaka omjeru univerzalne gasna konstanta R do N A .B.p. .Uključeno u niz važnih odnosa statističke fizike: povezuje cf. kinetička energija čestica i temperatura, entropija fizičkog sistema i njegova termodinamička vjerovatnoća.

BROWNIAN MOTION- nasumično kretanje malih makroskopskih čestica suspendovanih u tečnosti ili gasu, koje nastaje pod uticajem toplotnog kretanja molekula. Vizuelna potvrda molekularno-kinetičke teorije. Otkrio R. Brown 1827. Objasnili A. Einstein i M. Smoluchowski 1905. Teorija je testirana u eksperimentima J. Perrina 1906-11.

VACUUM- stanje gasa zatvorenog u posudi, čiji je pritisak znatno niži od atmosferskog. Ovisno o odnosu između slobodnog puta atoma ili molekula i linearne veličine posude, razlikuju se ultravisoki, visoki, srednji i niski vakuum.

VLAŽNOST ZRAKA- prisustvo vodene pare u vazduhu. Opisano fizičkim veličinama apsolutno i relativno AT . , koji se mjere higrometri.

UNUTRAŠNJA ENERGIJA- energija tijela, ovisno samo o njegovom unutrašnjem stanju; sastoji se od energije nasumičnog (toplinskog) kretanja atoma, molekula ili drugih čestica i energije unutaratomskih i intermolekularnih kretanja i interakcija. (Cm. prvi zakon termodinamike). U MKT, energija intraatomskih čestica i njihove interakcije se ne uzimaju u obzir.

DRUGI ZAKON TERMODINAMIJE jedan od osnovnih zakona termodinamika, prema kojem je nemoguć periodični proces, čiji je jedini rezultat izvođenje rada ekvivalentno količini topline primljene od grijača. Druga formulacija: nemoguć je proces čiji je jedini rezultat prijenos energije u obliku topline sa manje zagrijanog tijela na toplije. V.z.t. izražava tendenciju sistema koji se sastoji od velikog broja haotično pokretnih čestica ka spontanom prijelazu iz manje vjerovatnih stanja u vjerovatnija stanja. Još jedan način formulisanja WZT-a: nemoguće je stvoriti vječni motor druge vrste.

GAS CONSTANT UNIVERZALNA(R) - jedna od glavnih fizičkih konstanti uključenih u jednadžbu stanja (Cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Fizičko značenje: rad širenja jednog mola idealnog plina u izobarnom procesu s povećanjem temperature za 1 K.

PLINSKI TERMOMETAR- uređaj za mjerenje temperature čije se djelovanje zasniva na zavisnosti pritiska ili zapremine gasa od temperature.

jedan od zakona idealan gas: za datu masu datog gasa pri konstantnom pritisku, odnos zapremine i apsolutne temperature je konstantna vrednost: (ili: zapremina je direktno proporcionalna apsolutnoj temperaturi: , gde je α temperaturni koeficijent pritiska). Opisuje izobaričan proces.

HIGROMETER- instrument za merenje apsolutno ili relativna vlažnost. G. se dijele na težinu (za određivanje apsolutne vlažnosti), kondenzaciju (za određivanje tačke rose), kosu (relativna vlažnost), kao i G. psihrometrijske ili psihrometre (relativna vlažnost).

CELZIJA- vansistemska jedinica temperature prema međunarodnoj praktičnoj temperaturnoj skali, gdje je temperatura trostruki poen voda je 0,01 stepeni Celzijusa, a tačka ključanja pri normalnom atmosferskom pritisku je 100 stepeni Celzijusa.

LONG ORDER- uređen raspored čestica (atoma ili molekula) u cijelom tijelu; karakteristika kristalnih supstanci. Wed zatvori red.

DALTONOV ZAKON- jedan od osnovnih zakona idealnog gasa: pritisak mešavine gasova koji hemijski nisu u interakciji jednak je zbiru parcijalnih pritisaka ovih gasova.

DEFEKTI U KRISTALIMA- nesavršenosti kristalne strukture, kršenja strogog periodičnog rasporeda čestica (atoma, molekula, iona) u čvorovima kristalne rešetke. To uključuje prazna mjesta (točkasti defekti), dislokacije (linearni defekti), masivne defekte: pukotine, pore, školjke, itd. Imaju značajan uticaj na fizička svojstva kristala.

DISOKACIJE- linijski nedostaci kristalna rešetka, kršeći ispravnu izmjenu atomskih ravnina. U dvije dimenzije imaju dimenzije reda veličine atoma, au trećoj mogu proći kroz cijeli kristal.

DISOCIJACIJA- proces raspadanja molekula na jednostavnije dijelove - atome, grupe atoma ili jone. Može se javiti s porastom temperature (termički D.), u otopini elektrolita (elektrolitski D.) i pod djelovanjem svjetlosti (fotohemijski D.).

TEČNI KRISTALI- stanje materije u kojem se nalaze strukturna svojstva koja su posredna između čvrstih kristal i tečnost. Nastaju u supstancama s izduženim molekulima, čija međusobna orijentacija određuje anizotropija njihova fizička svojstva. Koriste se u inženjerstvu, biologiji i medicini.

TEČNI TERMOMETAR- instrument za merenje temperatura,čije se djelovanje zasniva na toplinskom širenju tečnosti. Zh.t. u zavisnosti od temperaturnog opsega, punjeni su živom, etil alkoholom i drugim tečnostima.

LIQUID- jedan od agregatna stanja srednja supstanca između čvrstog i gasovitog. J., kao čvrst, ima nisku kompresibilnost, visoku gustinu i istovremeno. like gas karakteriše varijabilnost oblika (lako teče). Molekuli tekućine, poput čestica čvrstog tijela, vrše termičke vibracije, ali se njihov ravnotežni položaj s vremena na vrijeme mijenja, što osigurava fluidnost tečnosti.

IDEAL GAS- mentalni model plina u kojem se sile interakcije između čestica i veličine tih čestica mogu zanemariti. One. čestice se uzimaju kao materijalne tačke, a sva interakcija se svodi na njihove apsolutno elastične udare. Razrijeđeni plinovi na temperaturama daleko od temperature kondenzacije su po svojim svojstvima bliski I.g. Jednačina stanja je Klapejron - Mendeljejeva jednačina.

ISOBAR- linija konstantnog pritiska, koja na dijagramu stanja prikazuje ravnotežu izobarni proces.

ISOBAR PROCES(izobarični) - mentalni model termodinamičkog procesa koji se odvija pri konstantnom pritisku. Za idealne gasove to je opisano zakonom Gay-Lussac.

ISOPROCES su fizički procesi koji se odvijaju pri konstantnosti bilo kojeg od parametara koji opisuju stanje sistema (vidi Sl. izobarični, izotermni, izohorični proces).

ISOTHERM- linija konstantne temperature, koja prikazuje dijagram ravnotežnog stanja izotermni proces.

IZOTHERMIČKI PROCES je model termodinamičkog procesa koji se odvija na konstantnoj temperaturi. Na primjer, ključanje kemijski homogene tekućine, topljenje kemijski homogenog kristala pri konstantnom vanjskom pritisku. Za idealne gasove je opisano Boyle-Mariotteov zakon. Wed izobarni, izohorni, adijabatski proces.

ISOTROPY, izotropija - ista fizička svojstva u svim smjerovima. Povezan je s odsustvom uređene unutrašnje strukture medija i svojstven je plinovima, tekućinama (osim tekućih kristala) i amorfnim tijelima. Wed anizotropija.

ISOCHORE- linija konstantnog volumena, koja prikazuje ravnotežni izohorični proces na dijagramu stanja.

IZOHORNI PROCES, izohorni proces - termodinamički proces koji se odvija pri konstantnoj zapremini sistema. Za idealne gasove je opisano Charlesov zakon.

EVAPORATION- proces isparavanja sa slobodne površine tečnosti na temperaturi ispod tačke ključanja. I. s površine čvrstih tijela naziva se sublimacija. (usp. ključanje, isparavanje).

KALORIMETAR- uređaj za određivanje različitih kalorimetrijskih veličina: toplotni kapacitet, toplota sagorevanja, toplota isparavanja itd.

CAPILLARY- uska posuda karakteristične veličine poprečnog presjeka manja od 1 mm.

KAPILARNI FENOMENI- pojave uzrokovane uticajem sila međumolekulske interakcije na ravnotežu i kretanje slobodne površine tečnosti, granicu tečnosti koje se ne mešaju i granice tečnosti sa čvrstim materijama. Na primjer, podizanje ili spuštanje tekućine u vrlo tankim cijevima () i poroznim medijima.

CARNO CYCLE- mentalni model reverzibilnog kružnog procesa koji se sastoji od dva izotermni i dva adijabatski procesi. Tokom izotermnog širenja (temperatura grijača T n) radnom fluidu (idealni gas) data je količina toplote Q n i pod izotermnom kompresijom (temperatura frižidera T x) - količina uklonjene topline Q x. Efikasnost C.c. ne zavisi od prirode radnog fluida i jednak je .

BOILING- proces intenzivnog isparavanja ne samo sa slobodne površine tečnosti, već i kroz njenu zapreminu unutar mjehurića pare nastalih u ovom slučaju. Temperatura K. zavisi od prirode tečnosti i spoljašnjeg pritiska i nalazi se između trostruki poen i kritična temperatura (vidi kritična situacija).

MAYEROVA JEDNAČINA- odnos koji uspostavlja odnos između molarnih toplotnih kapaciteta idealnog gasa pri konstantnom pritisku sa str i pri konstantnoj zapremini sa V : sa P = sa V + R . gdje R - .

MAXWELL DISTRIBUTION- zakon raspodjele molekula idealnog plina, koji je u stanju termodinamičke ravnoteže, prema brzinama.

MANOMETER- instrument za merenje pritisak tečnosti i gasove. Razlikovati M. za mjerenje apsolutnog tlaka, koji se računa od nule, i M. za mjerenje viška tlaka (razlika između apsolutnog i atmosferskog tlaka). Razlikovati tekućinu, klip, deformaciju i oprugu M. ovisno o principu djelovanja.

MENISKUS- zakrivljena površina tečnosti u uskoj cevi (kapilari) ili između blisko raspoređenih čvrstih zidova (vidi).

- konstantna fizička veličina za dati materijal, koja je faktor proporcionalnosti između mehaničkog naprezanja i relativnog izduženja u Hooke zakon: . M.Yu. E jednak je mehaničkom naprezanju koje se javlja u deformiranom tijelu kada se njegova dužina udvostruči. SI jedinica mjere je paskal.

MOLECULE- najmanja stabilna čestica supstance koja ima sva hemijska svojstva i sastoji se od istih (jednostavna supstanca) ili različitih (složena supstanca) atoma spojenih hemijskim vezama. Wed atom.

MOLEKULARNA MASA je masa molekula, izražena u jedinice atomske mase. Wed molarna masa.

MOLEKULARNA FIZIKA- grana fizike koja proučava fizička svojstva tijela, karakteristike agregatnih stanja materije i procese faznih prijelaza u zavisnosti od molekularne strukture tijela, sila međumolekularne interakcije i prirode toplinskog kretanja čestica ( atomi, joni, molekuli). Cm. statistička fizika, termodinamika.

MOLARNA MASA je masa jednog mola supstance; skalarna vrijednost jednaka omjeru mase tijela i količine tvari (broja molova) koje sadrži. U SI m.m. je jednako molekularna težina tvar pomnožena sa 10 -3 i mjeri se u kilogramima po molu (kg/mol).

MONOKRISTALI- samac kristali sa monokristalnom rešetkom. Nastaju u prirodnim uslovima ili se veštački uzgajaju iz talina, rastvora, parnih ili čvrstih faza. Wed polikristali.

SATURATED STEAM- para u dinamičkoj ravnoteži sa tečnom ili čvrstom fazom. Pod dinamičkom ravnotežom podrazumijeva se takvo stanje u kojem je prosječan broj molekula koji izlaze iz tekućine (čvrsto tijelo) jednak prosječnom broju molekula pare koji se vraćaju u tekućinu (čvrsto tijelo) u isto vrijeme.

NEPOVRATNI PROCES Proces koji se može spontano odvijati samo u jednom pravcu. Svi stvarni procesi su n.p. a u zatvorenim sistemima su praćeni povećanjem entropija. Cm. , .

NORMALNI USLOVI- standardni fizički uslovi određeni pritiskom P=101325 Pa (760 mm Hg) i apsolutnom temperaturom T=273,15 K.

REVERZIBILNI PROCES– model procesa za koji je moguć obrnuti proces, sukcesivno ponavljajući sva međustanja procesa koji se razmatra. Reverzibilan je samo ravnotežni proces. Primjer - . Wed .

RELATIVNA VLAŽNOST- fizička veličina jednaka odnosu gustine (elastičnosti) vodene pare sadržane u vazduhu i gustine (elastičnosti) zasićene pare na istoj temperaturi. Izraženo u postocima. Wed apsolutna vlažnost.

STEAM- supstanca u gasovitom stanju pod uslovima u kojima je kompresijom moguće postići ravnotežu sa istom supstancom u tečnom ili čvrstom stanju, tj. na temperaturama i pritiscima ispod kritičnih (vidi kritična situacija). Pri niskim pritiscima i visokim temperaturama, svojstva pare se približavaju svojstvima pare idealan gas.

STATUS PARAMETER, termodinamički parametar je fizička veličina koja služi u termodinamici za opisivanje stanja sistema. Na primjer, pritisak, temperatura, unutrašnja energija, entropija, itd. P.s. su međusobno povezani, tako da se ravnotežno stanje sistema može jednoznačno odrediti ograničenim brojem parametara (vidi Sl. jednačina stanja).

STEAMING Proces kojim tvar prelazi iz tekućeg ili čvrstog stanja u plinovito stanje. Nastavlja se u zatvorenom volumenu dok se ne formira zasićena para. Postoje dvije vrste P.: isparavanje i ključanje.

PARCIJALNI PRITISAK- pritisak gasa koji je deo gasne mešavine, koji bi on imao, koji zauzima celu zapreminu same smeše i nalazi se na temperaturi smeše. Cm. .

PASCALOV ZAKON- osnovni zakon hidrostatika: pritisak koji stvaraju vanjske sile na površini tekućine ili plina prenosi se jednako u svim smjerovima.

PRVI ZAKON TERMODINAMIJE jedan od osnovnih zakona termodinamika,što je zakon održanja energije za termodinamički sistem: količina toplote Q, koji se prijavljuje sistemu, troši se na promjenu unutrašnje energije sistema ∆ U i da sistem radi Sistem protiv spoljnih sila. Formula: Q=ΔU+A sist. O korištenju P.z.t. zasniva se rad toplotnih motora. Može se formulisati na drugi način: promena unutrašnje energije sistema ∆ U jednak zbiru količine toplote prenešene sistemu Q i rad spoljnih sila na sistemu A ext. Formula: ∆U=Q+A vanjski. U ovim formulama A ext. = - Sistem.

TOPLJENJE- proces prelaska supstance iz kristalnog u tečno stanje. Javlja se pri apsorpciji određene količine topline na tački taljenja, ovisno o prirodi tvari i tlaku. Cm. toplota topljenja.

PLASMA- jonizovani gas u kome su koncentracije pozitivnih i negativnih naelektrisanja skoro iste. Formirano u električno pražnjenje u gasovima, kada se gas zagreje na temperaturu dovoljnu za termičku jonizaciju. Velika većina materije u Univerzumu je u stanju plazme: zvijezde, galaktičke magline i međuzvjezdani medij.

PLASTIKA- svojstvo čvrstih tijela da pod djelovanjem vanjskih sila mijenjaju, bez urušavanja, svoj oblik i dimenzije i zadržavaju ostatak (plastiku) deformacije. Zavisi od vrste tečnosti i temperature. Može se promijeniti površinski aktivnim tvarima (npr. sapun).

POVRŠINSKI NAPON- pojava izražena u želji tečnosti da smanji svoju površinu. To je zbog međumolekularne interakcije i uzrokovano je formiranjem površinskog sloja molekula čija je energija veća od energije molekula unutar date tekućine na istoj temperaturi.

Sadržaj članka

MOLEKULARNO-KINETIČKA TEORIJA- grana molekularne fizike koja proučava svojstva tvari na osnovu ideja o njihovoj molekularnoj strukturi i određenim zakonima interakcije između atoma (molekula) koji čine supstancu. Vjeruje se da su čestice materije u neprekidnom, nasumičnom kretanju i to kretanje se percipira kao toplina.

Sve do 19. vijeka Vrlo popularna osnova za teoriju topline bila je teorija o kaloričnoj ili nekoj tečnoj tvari koja teče iz jednog tijela u drugo. Zagrijavanje tijela je objašnjeno povećanjem, a hlađenje - smanjenjem kalorija sadržanih u njima. Koncept atoma dugo se činio nepotrebnim za teoriju topline, ali mnogi znanstvenici su i tada intuitivno povezivali toplinu s kretanjem molekula. Tako je, posebno, mislio ruski naučnik M.V. Lomonosov. Prošlo je dosta vremena prije nego što je molekularno-kinetička teorija konačno pobijedila u glavama naučnika i postala neotuđivo svojstvo fizike.

Mnogi fenomeni u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima nalaze jednostavno i uvjerljivo objašnjenje u okviru molekularne kinetičke teorije. Dakle pritisak, koju plin djeluje na stijenke posude u kojoj je zatvoren, smatra se ukupnim rezultatom brojnih sudara molekula koji se brzo kreću sa zidom, uslijed čega oni prenose svoj zamah na zid. (Podsjetimo da je promjena momenta u jedinici vremena ta koja, prema zakonima mehanike, dovodi do pojave sile, a sila po jedinici površine zida je pritisak). Kinetička energija kretanja čestica, prosječna po njihovom ogromnom broju, određuje ono što se obično naziva temperaturu supstance.

Poreklo atomističke ideje, tj. Ideja da se sva tijela u prirodi sastoje od najmanjih nedjeljivih čestica-atoma, seže još od starogrčkih filozofa - Leukipa i Demokrita. Pre više od dve hiljade godina, Demokrit je napisao: "... atomi su bezbrojni po veličini i mnoštvu, ali jure u svemiru, kružeći u vihoru, i tako se rađa sve složeno: vatra, voda, vazduh, zemlja." Odlučan doprinos razvoju molekularne kinetičke teorije dat je u drugoj polovini 19. stoljeća. radovi izuzetnih naučnika J.K. Statistički pristup je generalizovan (u odnosu na bilo koje stanje materije) početkom 20. veka. u spisima američkog naučnika J. Gibbsa, koji se smatra jednim od osnivača statističke mehanike ili statističke fizike. Konačno, u prvim decenijama 20. veka fizičari su shvatili da se ponašanje atoma i molekula pokorava zakonima ne klasične, već kvantne mehanike. To je dalo snažan podsticaj razvoju statističke fizike i omogućilo da se opiše niz fizičkih pojava koje se ranije nisu mogle objasniti u okviru uobičajenih koncepata klasične mehanike.

Molekularno-kinetička teorija gasova.

Svaki molekul koji leti prema zidu, prilikom sudara s njim, prenosi svoj zamah na zid. Budući da brzina molekula prilikom elastičnog sudara sa zidom varira od vrijednosti v prije - v, vrijednost prenesenog impulsa je 2 mv. Sila koja djeluje na površinu zida D S u vremenu D t, određen je vrijednošću ukupnog momenta koji prenose svi molekuli koji dođu do zida u tom vremenskom periodu, tj. F= 2mv n c D S/D t, gdje je n c definisan izrazom (1). Za vrijednost pritiska str = F/D S u ovom slučaju nalazimo: p= (1/3)nmv 2.

Da bi se dobio konačni rezultat, moguće je napustiti pretpostavku o istoj brzini molekula odvajanjem nezavisnih grupa molekula, od kojih svaka ima svoju približno jednaku brzinu. Tada se prosječni tlak nalazi usrednjavanjem kvadrata brzine po svim grupama molekula, ili

Ovaj izraz se takođe može predstaviti kao

Pogodno je ovoj formuli dati drugačiji oblik množenjem brojnika i nazivnika ispod znaka kvadratnog korijena s brojem Avogadrova

N / A= 6.023 10 23 .

Evo M = mN A- atomska ili molekulska težina, vrijednost R = kN A\u003d 8,318 10 7 erg naziva se plinska konstanta.

Prosječna brzina molekula u plinu, čak i na umjerenim temperaturama, pokazuje se vrlo velikom. Dakle, za molekule vodonika (H 2) na sobnoj temperaturi ( T= 293K) ova brzina je oko 1900 m/s, za molekule azota u vazduhu je oko 500 m/s. Brzina zvuka u vazduhu pod istim uslovima je 340 m/s.

S obzirom na to n = N/V, gdje V je zapremina koju zauzima gas, N je ukupan broj molekula u ovoj zapremini, lako je dobiti posledice iz (5) u obliku poznatih gasnih zakona. Za ovo je ukupan broj molekula predstavljen kao N = vN A, gdje v je broj gasnih molova, a jednačina (5) ima oblik

(8) pV = vRT,

koja se zove Clapeyron-Mendeleev jednačina.

Pod uslovom T= konstantan pritisak gasa varira obrnuto sa zapreminom koju zauzima (Boyle-Mariotteov zakon).

U zatvorenoj posudi fiksne zapremine V= konstantne promjene tlaka direktno proporcionalne promjeni apsolutne temperature plina T. Ako je gas u uslovima u kojima njegov pritisak ostaje konstantan str= const, ali se temperatura menja (takvi uslovi se mogu ostvariti, na primer, ako se gas stavi u cilindar zatvoren pokretnim klipom), tada će se zapremina koju zauzima gas promeniti proporcionalno promeni njegove temperature (Gay-Lussacov zakon).

Neka se u posudi nalazi mješavina plinova, tj. postoji nekoliko različitih vrsta molekula. U ovom slučaju, veličina momenta koji molekuli svake vrste prenose zidu ne zavisi od prisustva molekula drugih vrsta. Otuda to sledi pritisak mešavine idealnih gasova jednak je zbiru parcijalnih pritisaka koje bi svaki gas posebno stvorio kada bi zauzimao ceo volumen. Ovo je još jedan od zakona o plinu - poznati Daltonov zakon.

Srednji slobodni put molekula . Jedan od prvih koji je još 1850-ih dao razumne procjene prosječne toplinske brzine molekula različitih plinova bio je austrijski fizičar Klauzijus. Neuobičajeno velike vrijednosti ovih brzina koje je on dobio odmah su izazvale prigovore. Ako su brzine molekula zaista tako velike, onda bi se miris bilo koje mirisne tvari gotovo trenutno trebao širiti s jednog kraja zatvorene prostorije na drugi. U stvari, širenje mirisa je veoma sporo i sada je poznato da se odvija procesom koji se naziva difuzija u gasu. Clausius, a kasnije i drugi, uspjeli su uvjerljivo da objasne ovaj i druge transportne procese u gasu (kao što su toplotna provodljivost i viskozitet) koristeći koncept srednjeg slobodnog puta. molekule , one. prosječna udaljenost koju pređe molekul od jednog sudara do drugog.

Svaki molekul u plinu doživljava vrlo veliki broj sudara s drugim molekulima. U intervalu između sudara, molekuli se kreću gotovo pravolinijski, doživljavajući nagle promjene brzine samo u trenutku samog sudara. Naravno, dužine ravnih isječaka duž putanje molekula mogu biti različite, pa ima smisla govoriti samo o određenom srednjem slobodnom putu molekula.

Za vrijeme D t molekul prolazi kroz složenu cik-cak putanju jednaku v D t. Na putanji ima onoliko pregiba koliko i sudara. Neka Z znači broj sudara koje molekul doživi u jedinici vremena.Srednji slobodni put je tada jednak omjeru dužine puta N 2, na primjer, a» 2,0 10 –10 m. U tabeli 1 prikazane su vrijednosti l 0 izračunate po formuli (10) u µm (1 µm = 10 –6 m) za neke plinove u normalnim uvjetima ( str= 1 atm, T=273K). Ispostavilo se da su ove vrijednosti otprilike 100-300 puta veće od unutrašnjeg promjera molekula.

Bilo koju supstancu fizika smatra skupom najmanjih čestica: atoma, molekula i jona. Sve ove čestice su u neprekidnom haotičnom kretanju i međusobno djeluju kroz elastične sudare.

Atomska teorija - osnova molekularne kinetičke teorije

Demokrit

Teorija molekularne kinetike nastala je u staroj Grčkoj prije otprilike 2500 godina. Razmatra se njegov temelj atomska hipoteza , sponzorirao starogrčki filozof Leukip i njegov učenik Starogrčki učenjak Demokrit iz grada Abdera.

Leucippus

Leukip i Demokrit su pretpostavili da se sve materijalne stvari sastoje od nedjeljivih najmanjih čestica, koje se nazivaju atomi (iz grčkogἄτομος - nedjeljiv). A prostor između atoma ispunjen je prazninom. Svi atomi imaju veličinu i oblik i mogu se kretati. Zastupnici ove teorije u srednjem vijeku su bili Giordano Bruno, Galileo, Isaac Beckman i drugi naučnici. Osnovi molekularne kinetičke teorije postavljeni su u djelu "Hidrodinamika", objavljenom 1738. godine. Njegov autor je bio švicarski fizičar, mehaničar i matematičar. Daniel Bernoulli.

Osnovne odredbe teorije molekularne kinetike

Mihail Vasiljevič Lomonosov

Najbliža stvar modernoj fizici bila je teorija atomske strukture materije, koju je u 18. veku razvio veliki ruski naučnik Mihail Vasiljevič Lomonosov. On je tvrdio da se sve supstance sastoje od molekule koju je nazvao tjelešca . A korpuskule se, zauzvrat, sastoje od atomi . Zvala se teorija Lomonosova korpuskularno .

Ali kako se ispostavilo, atom je podijeljen. Sastoji se od pozitivno nabijenog jezgra i negativnih elektrona. Općenito je električno neutralan.

Moderna nauka poziva atom najmanji dio hemijskog elementa, koji je nosilac njegovih osnovnih svojstava. Povezani međuatomskim vezama, atomi formiraju molekule. Molekul može sadržavati jedan ili više atoma istih ili različitih kemijskih elemenata.

Sva tijela se sastoje od ogromnog broja čestica: atoma, molekula i jona. Ove čestice se neprestano i nasumično kreću. Njihovo kretanje nema određeni pravac i zove se termičko kretanje . Tokom svog kretanja, čestice međusobno djeluju apsolutno elastičnim sudarima.

Ne možemo posmatrati molekule i atome golim okom. Ali možemo vidjeti rezultat njihovog djelovanja.

Potvrda glavnih odredbi molekularne kinetičke teorije su: difuzija , Brownovo kretanje i promijeniti agregatna stanja supstanci .

Difuzija

Difuzija u tečnosti

Jedan od dokaza stalnog kretanja molekula je fenomen difuzija .

U procesu kretanja, molekule i atomi jedne tvari prodiru između molekula i atoma druge tvari u dodiru s njom. Molekule i atomi druge supstance ponašaju se na potpuno isti način. odnosu na prvu. I nakon nekog vremena, molekuli obje tvari ravnomjerno su raspoređeni po volumenu.

Proces prodiranja molekula jedne tvari između molekula druge tvari naziva se difuzija . Sa fenomenom difuzije se susrećemo kod kuće svaki dan kada ubacimo vrećicu čaja u čašu kipuće vode. Promatramo kako bezbojna kipuća voda mijenja boju. Bacanjem nekoliko kristala mangana u epruvetu s vodom, možete vidjeti da voda postaje ružičasta. Ovo je takođe difuzija.

Naziva se broj čestica po jedinici zapremine koncentracija supstance. Tokom difuzije, molekuli se kreću od onih dijelova tvari gdje je koncentracija veća u one dijelove gdje je manja. Kretanje molekula se naziva difuzioni tok . Kao rezultat difuzije, koncentracije u različitim dijelovima tvari su usklađene.

Difuzija se može posmatrati u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama. U gasovima se dešava brže nego u tečnostima. Znamo koliko se brzo mirisi šire u vazduhu. Tečnost u epruveti se mnogo sporije mrlja ako se u nju ubaci mastilo. A ako stavimo kristale soli na dno posude s vodom i ne miješamo je, tada će proći više od jednog dana prije nego što otopina postane homogena.

Difuzija se također javlja na granici metala u kontaktu. Ali njegova brzina u ovom slučaju je vrlo mala. Ako bakar prekrijete zlatom, tada će na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku zlato prodrijeti u bakar za samo nekoliko mikrona za nekoliko hiljada godina.

Olovo iz ingota postavljenog pod opterećenjem na zlatni ingot će u nju prodrijeti samo do dubine od 1 cm za 5 godina.

Difuzija u metalima

Brzina difuzije

Brzina difuzije ovisi o površini poprečnog presjeka protoka, razlici u koncentracijama tvari, razlici u njihovim temperaturama ili nabojima. Kroz štap prečnika 2 cm toplota se širi 4 puta brže nego kroz štap prečnika 1 cm Što je veća temperaturna razlika supstanci, to je veća brzina difuzije. Tokom termičke difuzije, njegova brzina zavisi od toplotna provodljivost materijala, au slučaju toka električnih naboja - od električna provodljivost .

Fikov zakon

Adolf Fick

Godine 1855., njemački fiziolog Adolf Eugene Fick napravio je prvi kvantitativni opis procesa difuzije:

gdje J - gustina difuzioni tok materije,

D - koeficijent difuzije,

C - koncentracija supstance.

Gustoća difuzionog toka materijeJ [cm -2 s -1 ] je proporcionalan koeficijentu difuzijeD [cm -2 s -1 ] i gradijent koncentracije uzet sa suprotnim predznakom.

Ova jednačina se zove Fickova prva jednadžba .

Difuzija, uslijed koje se izjednačavaju koncentracije tvari, naziva se nestacionarna difuzija . Sa takvom difuzijom, gradijent koncentracije se mijenja s vremenom. I u slučaju stacionarna difuzija ovaj gradijent ostaje konstantan.

Brownovo kretanje

Robert Brown

Ovaj fenomen otkrio je škotski botaničar Robert Brown 1827. godine. Proučavajući pod mikroskopom citoplazmatska zrna suspendirana u vodi izolovana iz polenovih stanica jedne sjevernoameričke biljkeClarkia pulchella, skrenuo je pažnju na najmanja čvrsta zrna. Drhtali su i polako se kretali bez ikakvog razloga. Ako se temperatura tekućine poveća, brzina čestica raste. Ista stvar se dogodila kada se veličina čestica smanjila. A ako se njihova veličina poveća, temperatura tekućine se smanji ili poveća njen viskozitet, kretanje čestica se uspori. A ovi zadivljujući "plesovi" čestica mogli su se posmatrati beskonačno. Odlučivši da je razlog ovog kretanja to što su čestice žive, Brown je zrnca zamijenio malim česticama uglja. Rezultat je bio isti.

Brownovo kretanje

Za ponavljanje Brownovih eksperimenata dovoljno je imati najobičniji mikroskop. Veličina molekula je premala. I nemoguće ih je uzeti u obzir s takvim uređajem. Ali ako vodu u epruveti obojimo akvarel bojom, a zatim je pogledamo kroz mikroskop, vidimo sitne obojene čestice koje se nasumično kreću. To nisu molekule, već čestice boje suspendovane u vodi. A tjeraju ih molekuli vode koji ih udaraju sa svih strana.

Ovo je ponašanje svih čestica vidljivih u mikroskopu koje su suspendovane u tečnostima ili gasovima. Njihovo nasumično kretanje, uzrokovano toplinskim kretanjem molekula ili atoma, naziva se braunovsko kretanje . Brownova čestica je kontinuirano izložena udarima molekula i atoma koji čine tekućine i plinove. I ovaj pokret ne prestaje.

Ali čestice veličine do 5 mikrona (mikrometara) mogu učestvovati u Brownovom kretanju. Ako je njihova veličina veća, oni su nepokretni. Što je braunovska čestica manja, ona se brže kreće. Čestice manje od 3 mikrona kreću se progresivno duž svih složenih putanja ili rotiraju.

Sam Brown nije mogao objasniti fenomen koji je otkrio. I tek u 19. vijeku naučnici su pronašli odgovor na ovo pitanje: kretanje Brownovih čestica uzrokovano je utjecajem toplinskog kretanja molekula i atoma na njih.

Tri stanja materije

Molekuli i atomi koji čine materiju nisu samo u pokretu, već i međusobno djeluju, međusobno privlače ili odbijaju.

Ako je udaljenost između molekula usporediva s njihovom veličinom, tada doživljavaju privlačnost. Ako se smanji, tada počinje da prevladava odbojna sila. Ovo objašnjava otpor fizičkih tijela na deformaciju (kompresija ili napetost).

Ako je tijelo komprimirano, tada se udaljenost između molekula smanjuje, a sile odbijanja će pokušati vratiti molekule u prvobitno stanje. Kada se istegne, deformacija tijela će ometati sile privlačenja između molekula.

Molekuli ne djeluju samo unutar jednog tijela. Umočite komad tkanine u tečnost. Videćemo da će se smočiti. To je zbog činjenice da molekule tekućine privlače molekule čvrstih tvari jače nego jedni druge.

Svaka fizička supstanca, zavisno od temperature i pritiska, može biti u tri stanja: čvrsta, tečna ili gasoviti . Zovu se agregat .

U gasovima udaljenost između molekula je velika. Stoga su sile privlačenja između njih toliko slabe da vrše haotično i gotovo slobodno kretanje u prostoru. Oni mijenjaju smjer kretanja udarajući jedni druge ili zidove krvnih žila.

u tečnostima molekule su bliže jedna drugoj nego u gasu. Više je privlačnosti među njima. Molekuli u njima se više ne kreću slobodno, već nasumično osciliraju blizu ravnotežnog položaja. Ali oni su u stanju da skaču u smjeru vanjske sile, mijenjajući mjesta jedni s drugima. Rezultat toga je protok tekućine.

U čvrstim materijama sile interakcije između molekula su vrlo velike zbog velike udaljenosti između njih. Oni ne mogu savladati privlačenje susjednih molekula, pa su sposobni samo da vrše oscilatorna kretanja oko ravnotežnog položaja.

Čvrsta tijela zadržavaju volumen i oblik. Tečnost nema formu, ona uvek poprima oblik posude u kojoj se trenutno nalazi. Ali njegov volumen ostaje isti. Gasovita tijela se ponašaju drugačije. Lako mijenjaju i oblik i volumen, uzimajući oblik posude u koju su smještene i zauzimaju cijeli volumen koji im je dat.

Međutim, postoje i takva tijela koja imaju strukturu tekućine, imaju blagu fluidnost, ali u isto vrijeme mogu zadržati svoj oblik. Takva tijela se zovu amorfna .

Moderna fizika izdvaja četvrto agregatno stanje materije - plazma .

Definicija 1

Teorija molekularne kinetike- ovo je doktrina o strukturi i svojstvima materije, zasnovana na ideji postojanja atoma i molekula, kao najmanjih čestica hemijskih supstanci.

Glavne odredbe molekularno-kinetičke teorije molekula:

1. Sve supstance mogu biti u tečnom, čvrstom i gasovitom stanju. Nastaju od čestica koje se sastoje od atoma. Elementarni molekuli mogu imati složenu strukturu, odnosno mogu sadržavati nekoliko atoma. Molekule i atomi su električno neutralne čestice koje pod određenim uvjetima dobivaju dodatni električni naboj i pretvaraju se u pozitivne ili negativne ione.
2. Atomi i molekuli se neprekidno kreću.
3. Čestice s električnom prirodom sile međusobno djeluju.

Glavne odredbe MKT-a i njihovi primjeri navedeni su gore. Između čestica postoji mali uticaj gravitacije.

Slika 3. jedan . jedan . Putanja Brownove čestice.

Definicija 2

Brownovo kretanje molekula i atoma potvrđuje postojanje glavnih odredbi molekularne kinetičke teorije i eksperimentalno je potkrepljuje. Ovo toplotno kretanje čestica se dešava sa molekulima suspendovanim u tečnosti ili gasu.

Eksperimentalno utemeljenje osnovnih odredbi molekularne kinetičke teorije

Godine 1827. R. Brown je otkrio ovo kretanje, koje je nastalo zbog nasumičnih udara i kretanja molekula. Pošto je proces bio haotičan, udarci nisu mogli da uravnoteže jedni druge. Otuda i zaključak da brzina Brownove čestice ne može biti konstantna, ona se stalno mijenja, a smjer kretanja je prikazan kao cik-cak, prikazan na slici 3. jedan . jedan .

A. Einstein je govorio o Brownovom kretanju 1905. godine. Njegova teorija je potvrđena u eksperimentima J. Perrina 1908-1911.

Definicija 3

Posljedica iz Einsteinove teorije: ofset kvadrat< r 2 >Braunove čestice u odnosu na početnu poziciju, usrednjeno za mnoge Brownove čestice, proporcionalno je vremenu posmatranja t .

Izraz< r 2 >= D t objašnjava zakon difuzije. Prema teoriji, imamo da se D monotono povećava sa porastom temperature. Nasumično kretanje je vidljivo u prisustvu difuzije.

Definicija 4

Difuzija- ovo je definicija fenomena prodiranja dvije ili više susjednih supstanci jedna u drugu.

Ovaj proces se odvija brzo u nehomogenom gasu. Zahvaljujući primjerima difuzije s različitim gustoćama, može se dobiti homogena smjesa. Kada su kiseonik O 2 i vodonik H 2 u istoj posudi sa pregradom, kada se ona ukloni, gasovi se počinju mešati, formirajući opasnu mešavinu. Proces je moguć kada je vodonik na vrhu, a kisik na dnu.

Procesi interpenetracije također se javljaju u tekućinama, ali mnogo sporije. Ako otopimo čvrstu supstancu, šećer, u vodi, dobijamo homogenu otopinu, što je jasan primjer procesa difuzije u tekućinama. U stvarnim uslovima, mešanje u tečnostima i gasovima je maskirano brzim procesima mešanja, na primer, kada se javljaju konvekcijske struje.

Difuziju čvrstih materija odlikuje mala brzina. Ako se interakcijska površina metala očisti, onda se može vidjeti da će se tokom dužeg vremenskog perioda u svakom od njih pojaviti atomi drugog metala.

Definicija 5

Difuzija i Brownovo kretanje se smatraju povezanim fenomenima.

Uz međuprožimanje čestica obje tvari, kretanje je nasumično, odnosno dolazi do haotičnog toplinskog kretanja molekula.

Sile koje djeluju između dva molekula ovise o udaljenosti između njih. Molekule imaju i pozitivne i negativne naboje. Na velikim udaljenostima prevladavaju sile međumolekularne privlačnosti, na malim udaljenostima prevladavaju sile odbijanja.

Slika 3 . 1 . 2 prikazuje zavisnost rezultujuće sile F i potencijalne energije E p interakcije između molekula o udaljenosti između njihovih centara. Na udaljenosti r = r 0, sila interakcije nestaje. Ova udaljenost se uslovno uzima kao prečnik molekula. Pri r = r 0 potencijalna energija interakcije je minimalna.

Definicija 6

Da bi se dva molekula razmaknuli na udaljenosti r 0 , treba izvesti E 0, tzv energija vezivanja ili dubina potencijalne bušotine.

Slika 3. jedan . 2.Moć interakcije F i potencijalnu energiju interakcije E str dva molekula. F > 0- odbojna sila F< 0 - sila gravitacije.

Budući da su molekuli male veličine, jednostavni jednoatomni ne mogu biti veći od 10 - 10 m. Složeni mogu dostići i stotine puta veće veličine.

Definicija 7

Nasumično nasumično kretanje molekula naziva se termičko kretanje.

Kako temperatura raste, kinetička energija toplotnog kretanja raste. Pri niskim temperaturama prosječna kinetička energija je u većini slučajeva manja od dubine potencijalnog bunara E 0 . Ovaj slučaj pokazuje da molekuli teku u tečnost ili čvrstu supstancu sa prosečnim rastojanjem između njih r 0 . Ako temperatura poraste, tada prosječna kinetička energija molekula prelazi E 0, tada se razlijeću i formiraju plinovitu tvar.

U čvrstim tijelima, molekuli se nasumično kreću oko fiksnih centara, odnosno ravnotežnih pozicija. U prostoru može biti raspoređen na nepravilan način (u amorfnim tijelima) ili sa formiranjem uređenih masivnih struktura (kristalna tijela).

Agregatna stanja supstanci

Sloboda termičkog kretanja molekula se vidi u tečnostima, jer nemaju veze za centre, što omogućava kretanje po celom volumenu. To objašnjava njegovu fluidnost.

Definicija 8

Ako su molekuli blizu, mogu formirati uređene strukture s nekoliko molekula. Ovaj fenomen je imenovan zatvori red. udaljeni poredak karakteristika kristalnih tijela.

Udaljenost u plinovima između molekula je mnogo veća, pa su djelujuće sile male, a njihova kretanja idu pravocrtno, čekajući sljedeći sudar. Vrijednost od 10 - 8 m je prosječna udaljenost između molekula zraka u normalnim uvjetima. Budući da je interakcija sila slaba, plinovi se šire i mogu ispuniti bilo koji volumen posude. Kada njihova interakcija teži nuli, onda se govori o reprezentaciji idealnog gasa.

Kinetički model idealnog gasa

U mikronima, količina materije se smatra proporcionalnom broju čestica.

Definicija 9

krtica- ovo je količina tvari koja sadrži onoliko čestica (molekula) koliko ima atoma u 0,012 do g ugljika C 12. Molekul ugljenika se sastoji od jednog atoma. Iz toga slijedi da 1 mol tvari ima isti broj molekula. Ovaj broj se zove konstantan Avogadro N A: N A \u003d 6, 02 ċ 1023 mol - 1.

Formula za određivanje količine supstance ν zapisuje se kao omjer N broja čestica i Avogadrove konstante N A: ν = N N A .

Definicija 10

Masa jednog mola supstance nazovite molarnu masu M. Fiksirana je u obliku formule M \u003d N A ċ m 0.

Izraz molarne mase se daje u kilogramima po molu (k g / mol b).

Definicija 11

Ako tvar ima jedan atom u svom sastavu, onda je prikladno govoriti o atomskoj masi čestice. Jedinica atoma je 1 12 masa ugljikovog izotopa C 12, tzv jedinica atomske mase i napisano kao ( a. jesti.): 1 a. e. m. \u003d 1, 66 ċ 10 - 27 do g.

Ova vrijednost se poklapa s masom protona i neutrona.

Definicija 12

Omjer mase atoma ili molekule date supstance prema 1 12 mase atoma ugljika naziva se relativna težina.

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter