Molekulaarkineetilise teooria (MKT) järgi koosnevad kõik ained kõige väiksematest osakestest – molekulidest. Molekulid on pidevas liikumises ja suhtlevad üksteisega.

MKT-d kinnitavad arvukad katsed ja tohutu hulk füüsikalisi nähtusi. Vaatame selle kolme põhipunkti.

Kõik ained koosnevad osakestest.

1) Kõik ained koosnevad kõige väiksematest osakestest: molekulidest, aatomitest, ioonidest jne, mis on eraldatud tühikutega.

Molekul- aine väikseim stabiilne osake, mis säilitab oma keemilised põhiomadused.

Antud ainet moodustavad molekulid on täpselt samad; erinevad ained koosnevad erinevatest molekulidest. Looduses on äärmiselt palju erinevaid molekule.

Molekulid koosnevad väiksematest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks.

aatomid- keemilise elemendi väikseimad osakesed, mis säilitavad selle keemilised omadused.

Erinevate aatomite arv on suhteliselt väike ja võrdne keemiliste elementide (116) ja nende isotoopide arvuga (umbes 1500).

Aatomid on väga keerulised moodustised, kuid klassikaline MKT kasutab aatomite mudelit sfäärilise kujuga tahkete jagamatute osakeste kujul.

Molekulidevaheliste tühimike olemasolu tuleneb näiteks erinevate vedelike väljatõrjumise katsetest: segu maht on alati väiksem kui segatud vedelike mahtude summa. Ainete läbilaskvuse, kokkusurutavuse ja lahustuvuse nähtused viitavad ka sellele, et need ei ole pidevad, vaid koosnevad üksikutest intervallidega eraldatud osakestest.

Kaasaegsete uurimismeetodite (elektron- ja sondimikroskoobid) abil oli võimalik saada molekulide kujutisi.

*Mitme suhte seadus

Molekulide olemasolu kinnitab hiilgavalt mitme suhte seadus. See ütleb: "Kui kahest elemendist moodustuvad erinevad ühendid (ained), on ühe elemendi massid erinevates ühendites täisarvudena, st need on mitmes suhtes." Näiteks lämmastik ja hapnik annavad viis ühendit: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. Neis satub hapnik sama koguse lämmastikuga ühendisse kogustes, mis on mitmekordsetes suhetes 1:2:3:4:5. Mitme suhte seadust on lihtne seletada. Iga aine koosneb identsetest molekulidest, millel on vastav aatomkoostis. Kuna antud aine kõik molekulid on ühesugused, on kogu keha moodustavate lihtelementide massikoguste suhe sama kui ühes molekulis ja on seetõttu aatommasside kordne, mida kinnitab kogemusi.

Molekulide mass

Määrake molekuli mass tavapärasel viisil, s.o. kaalumine on muidugi võimatu. Ta on selleks liiga väike. Praegu on molekulide masside määramiseks palju meetodeid, eelkõige massispektrograafi abil. m 0 perioodilisuse tabeli kõigist aatomitest.

Niisiis, süsiniku isotoobi jaoks \(~^(12)_6C\) m 0 \u003d 1,995 10–26 kg. Kuna aatomite ja molekulide massid on äärmiselt väikesed, ei kasutata arvutustes tavaliselt mitte absoluutseid, vaid suhtelisi massiväärtusi, mis saadakse aatomite ja molekulide masside võrdlemisel aatommassiühikuga, mis valitakse kui \(~\dfrac(1 )(12)\) osa süsiniku isotoobi aatomi massist \(~^(12)_6C\):

1 amu = 1/12 m 0C = 1,660 10 -27 kg.

Suhteline molekulaarne(või aatomi) kaal M r on väärtus, mis näitab, mitu korda on molekuli (või aatomi) mass suurem kui aatommassi ühik:

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

Suhteline molekulaar (aatom) mass on mõõtmeteta suurus.

Kõigi keemiliste elementide suhtelised aatommassid on näidatud perioodilisuse tabelis. Niisiis, vesiniku puhul on see 1,008, heeliumi puhul - 4,0026. Arvutustes ümardatakse suhteline aatommass lähima täisarvuni. Näiteks vesinikus on kuni 1, heeliumis kuni 4.

Antud aine suhteline molekulmass on võrdne selle aine molekuli moodustavate elementide suhteliste aatommasside summaga. See arvutatakse perioodilisuse tabeli ja aine keemilise valemi abil.

Jah, vee jaoks. H2O suhteline molekulmass on M r = 1 2 + 16 = 18.

Aine kogus. Avogadro konstant

Kehas sisalduva aine koguse määrab selles kehas olevate molekulide (või aatomite) arv. Kuna makroskoopilistes kehades on molekulide arv väga suur, võrreldakse kehas sisalduva aine hulga määramiseks molekulide arvu aatomite arvuga 0,012 kg süsiniku isotoobis \(~^(12)_6C \).

Aine kogus ν - väärtus, mis võrdub molekulide (aatomite) arvu suhtega N antud kehas aatomite arvule N A 0,012 kg süsiniku isotoobis \(~^(12)_6C\):

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

SI-s on aine koguse ühikuks mool. 1 mol- aine kogus, mis sisaldab sama arvu struktuurielemente (aatomeid, molekule, ioone), kui on aatomeid 0,012 kg süsiniku isotoobis \(~^(12)_6C\).

Osakeste arvu aine ühes moolis nimetatakse pidev Avogadro.

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

Seega sisaldab 1 mool mis tahes ainet sama palju osakesi - N A osakesed. Alates massist m 0 osakesed on erinevate ainete puhul erinevad, siis mass N Osakesed erinevates ainetes on erinevad.

Aine massi, mis on võetud koguses 1 mol, nimetatakse molaarmass M:

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

Molaarmassi SI ühik on kilogramm mooli kohta (kg/mol).

molaarmassi vahel Μ ja suhteline molekulmass M r on järgmine seos:

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

Niisiis, süsinikdioksiidi molekulmass on 44, molaarmass on 44 10 -3 kg / mol.

Aine massi ja selle molaarmassi teadmine M, leiad moolide arvu (aine koguse) kehas\[~\nu = \dfrac(m)(M)\].

Seejärel valemist (2) osakeste arv kehas

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

Teades molaarmassi ja Avogadro konstanti, saame arvutada ühe molekuli massi:

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

Molekuli suurused

Molekuli suurus on tingimuslik väärtus. Seda hinnatakse nii. Molekulide vahel on koos tõmbejõududega ka tõukejõud, mistõttu molekulid saavad üksteisele läheneda vaid teatud kaugusele. d(Joonis 1).

Kahe molekuli tsentrite lähima lähenemise kaugust nimetatakse efektiivne läbimõõt molekulid d(sel juhul eeldatakse, et molekulid on sfäärilise kujuga).

Erinevate ainete molekulide suurused ei ole samad, kuid need on kõik umbes 10 -10 m, s.o. väga väike.

Vaata ka

1. Kikoin A.K. Aine mass ja kogus ehk umbes üks Newtoni "viga" // Kvant. - 1984. - nr 10. - S. 26-27
2. Kikoin A.K. Lihtne meetod molekulide suuruse määramiseks // Kvant. - 1983. - nr 9. - C.29-30

Molekulid liiguvad juhuslikult

2) Molekulid on pidevas juhuslikus (termilises) liikumises.

Molekulide soojusliikumise tüüp (translatsiooniline, võnkuv, pöörlev) sõltub nende interaktsiooni olemusest ja muutustest aine üleminekul ühest agregatsiooniseisundist teise. Soojusliikumise intensiivsus sõltub ka kehatemperatuurist.

Siin on mõned molekulide juhusliku (kaootilise) liikumise tõendid: a) gaasi soov hõivata kogu talle antud ruumala; b) difusioon; c) Browni liikumine.

Difusioon

Difusioon- külgnevate ainete molekulide spontaanne vastastikune tungimine, mis viib aine kontsentratsiooni ühtlustumiseni kogu mahu ulatuses. Difusiooni ajal tungivad külgnevate kehade molekulid, olles pidevas liikumises, üksteise molekulidevahelistesse piludesse ja jaotuvad nende vahel.

Difusioon avaldub kõigis kehades – gaasides, vedelikes, tahketes ainetes, kuid erineval määral.

Difusiooni gaasides saab tuvastada, kui avada siseruumides näiteks anum lõhnaga gaasiga. Mõne aja pärast levib gaas kogu ruumis.

Difusioon vedelikes on palju aeglasem kui gaasides. Näiteks kui valate esmalt klaasi kihi vasksulfaadi lahust ja seejärel lisate väga ettevaatlikult kihi vett ja jätate klaasi püsiva temperatuuriga ruumi, siis mõne aja pärast tekib vasksulfaadi lahuse vahel terav piir. ja vesi kaob ja mõne päeva pärast vedelikud segunevad.

Difusioon tahkes aines on isegi aeglasem kui vedelikes (mitu tundi kuni mitu aastat). Seda võib täheldada ainult hästi poleeritud kehades, kui poleeritud kehade pindade vahelised kaugused on lähedased molekulidevahelisele kaugusele (10 -8 cm). Sellisel juhul suureneb difusioonikiirus temperatuuri ja rõhu tõustes.

Difusioon mängib looduses ja tehnoloogias olulist rolli. Looduses toituvad taimed näiteks tänu difusioonile mullast. Inimese ja looma organism omastab toitaineid läbi seedetrakti seinte. Tehnoloogias küllastatakse difusiooni abil näiteks metalltoodete pinnakiht süsinikuga (tsementeerimine) jne.

• Teatud tüüpi difusioon on osmoos- vedelike ja lahuste tungimine läbi poorse poolläbilaskva vaheseina.

Browni liikumine

Browni liikumise avastas 1827. aastal inglise botaanik R. Brown, teoreetilise põhjenduse MKT seisukohast andsid 1905. aastal A. Einstein ja M. Smoluchowski.

Browni liikumine- see on vedelikes (gaasides) "suspendeeritud" väikseimate tahkete osakeste juhuslik liikumine.

"Heljuvad" osakesed on osakesed, mille ainetihedus on võrreldav selle keskkonna tihedusega, milles nad paiknevad. Sellised osakesed on tasakaalus ja vähimgi välismõju sellele viib nende liikumiseni.

Browni liikumist iseloomustavad järgmised omadused:

Browni liikumise põhjused on järgmised:

1. keskkonna molekulide termiline kaootiline liikumine, milles Browni osake asub;
2. täieliku kompensatsiooni puudumine keskkonna molekulide mõjude eest sellele osakesele erinevatest külgedest, kuna molekulide liikumine on juhuslik.

Liikuvad vedelad molekulid, kui nad põrkuvad kokku tahkete osakestega, annavad neile teatud liikumise. Juhuslikult tabab osakest ühelt poolt märgatavalt suurem hulk molekule kui teiselt poolt ning osake hakkab liikuma.

• Kui osake on piisavalt suur, siis on teda igast küljest ründavate molekulide hulk ülimalt suur, nende mõjud kompenseeritakse igal hetkel ja selline osake jääb praktiliselt liikumatuks.

Vaata ka

1. Bronstein M.P. Kuidas aatomit kaaluti // Kvant. - 1970. - nr 2. - S. 26-35

Osakesed interakteeruvad

3) Aines olevad osakesed on omavahel ühendatud molekulaarse vastasmõju – külgetõmbe ja tõukejõu – abil.

Aine molekulide vahel mõjuvad üheaegselt külgetõmbe- ja tõukejõud. Need jõud sõltuvad suuresti molekulide vahelisest kaugusest. Eksperimentaalsete ja teoreetiliste uuringute kohaselt on molekulidevahelised vastasmõjujõud pöördvõrdelised n molekulide vahelise kauguse aste:

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

kus tõmbejõudude jaoks n= 7 ja tõukejõudude jaoks n= 9 ÷ 15. Seega muutub tõukejõud rohkem koos kaugusega.

Molekulide vahel on nii külgetõmbe- kui ka tõukejõud. Mingi vahemaa on r 0 molekulide vahel, mille tõukejõud on absoluutväärtuselt võrdsed tõmbejõududega. See kaugus vastab molekulide stabiilsele tasakaaluasendile.

Kasvava vahemaaga r molekulide vahel vähenevad nii külgetõmbe- kui ka tõukejõud, kusjuures tõukejõud vähenevad kiiremini ja muutuvad väiksemaks kui külgetõmbejõud. Tulemusjõud (tõmbe- ja tõukejõud) kaldub viima molekulid nende algolekule lähemale. Kuid alustades mõnest distantsist r m , muutub molekulide interaktsioon nii väikeseks, et seda võib tähelepanuta jätta. pikim vahemaa r m , millel molekulid ikkagi interakteeruvad, nimetatakse molekulaarse toime raadius (r m ~ 1,57 10 -9 m).

Kui kaugus väheneb r molekulide vahel suurenevad nii külgetõmbe- kui ka tõukejõud ning tõukejõud suurenevad kiiremini ja muutuvad suuremaks kui külgetõmbejõud. Tulemusjõud kipub nüüd molekule üksteisest eemale tõrjuma.

Molekulide jõu vastastikmõju tõendid:

a) kehade deformatsioon jõu mõjul;

b) vormi säilitamine tahkete kehade abil (tõmbejõud);

c) tühimike olemasolu molekulide vahel (tõukejõud).

* Interaktsioonijõudude projektsiooniskeem

Kahe molekuli vastastikmõju saab kirjeldada resultaadi projektsiooni graafiku abil F r molekulide tõmbe- ja eemaldumise jõud r nende keskuste vahel. Suuname telje r molekulist 2 , mille keskpunkt ühtib koordinaatide alguspunktiga, kauguseni sellest r 1 molekuli keskpunkt 2 (Joon. 3, a).

Gaaside, vedelike ja tahkete ainete struktuuri erinevus

Aine erinevates agregeeritud olekutes on selle molekulide vaheline kaugus erinev. Siit tuleneb ka molekulide jõudude vastastikmõju erinevus ning gaaside, vedelike ja tahkete ainete molekulide liikumise olemuse olemuslik erinevus.

IN gaasid molekulide vahelised kaugused on mitu korda suuremad kui molekulide endi mõõtmed. Seetõttu on gaasimolekulide vastastikmõju jõud väikesed ja molekulide soojusliikumise kineetiline energia ületab tunduvalt nende vastasmõju potentsiaalse energia. Iga molekul liigub vabalt teistest molekulidest tohutu kiirusega (sadu meetrit sekundis), muutes teiste molekulidega kokkupõrkel suunda ja kiirusmoodulit. Vaba tee pikkus λ gaasimolekulide suurus sõltub gaasi rõhust ja temperatuurist. Normaalsetes tingimustes λ ~ 10 -7 m.

IN tahked ained molekulide vastastikuse mõju jõud on nii suur, et molekulide liikumise kineetiline energia on palju väiksem kui nende vastasmõju potentsiaalne energia. Molekulid teostavad väikese amplituudiga pidevaid vibratsioone teatud konstantse tasakaaluasendi – kristallvõre sõlme – ümber.

Aeg, mille jooksul osake võngub ühe tasakaaluasendi ümber, - osakese "istuva elu" aeg- tahkis on väga suur. Seetõttu säilitavad tahked ained oma kuju ja nad ei voola tavatingimustes. Molekuli "istuva elu" aeg sõltub temperatuurist. Sulamistemperatuuri lähedal on see umbes 10–1–10–3 s, madalamal temperatuuril võib see olla tunde, päevi, kuid.

IN vedelikud molekulide vaheline kaugus on palju väiksem kui gaasides ja ligikaudu sama kui tahketel ainetel. Seetõttu on molekulide vastastikuse mõju jõud suured. Vedeliku molekulid, nagu ka tahke keha molekulid, võnguvad teatud tasakaaluasendi ümber. Kuid osakeste liikumise kineetiline energia on proportsionaalne nende interaktsiooni potentsiaalse energiaga ja molekulid liiguvad sagedamini uutesse tasakaaluasenditesse ("istuva elu" aeg on 10–10–10–12 s). See aitab selgitada vedeliku voolavust.

Vaata ka

1. Kikoin A.K. Ainete agregaatidest // Kvant. - 1984. - nr 9. - S. 20-21

Kirjandus

Aksenovitš L. A. Füüsika keskkoolis: teooria. Ülesanded. Testid: Proc. toetus üldisi osutavatele asutustele. keskkonnad, haridus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 119-126.

Mõnikord A.v. mõista veeauru osarõhku. Sel juhul mõõdetakse seda paskalites (Pa).

ABSOLUUTTEMPERATUUR- temperatuur, mõõdetuna absoluutsel termodünaamilisel skaalal, termomeetrilise aine omadustest sõltumatult. Arvestatakse absoluutsest nullist. Üksus A.t. SI Kelvin (K).

ABSOLUUTNE NULL- absoluutse temperatuuri võrdluspunkt; on 273,16 K madalam kui vee kolmikpunkti temperatuur, mille puhul aktsepteeritakse väärtust 0,01 o C. aatomite ja molekulide translatsiooniline ja pöörlev liikumine peatub, kuid nad ei ole puhkeolekus, vaid "null" vibratsiooni olekus. Termodünaamika seadustest tuleneb, et A.n. praktiliselt kättesaamatu.

AVOGADRO SEADUS- Ideaalsete gaaside üks põhiseadusi: võrdses koguses erinevaid gaase samal temperatuuril ja rõhul sisaldab sama arv molekule. Avati 1811. aastal itaallaste poolt. füüsik A. Avogadro (1776-1856).

AVOGADRO KONSTANT(arv) - osakeste arv aine koguse ühiku kohta (1 mol): N A \u003d 6,022. 10 23 mol -1.

AINE KOOSOLEKUD- sama aine olekud, mis erinevad osakeste soojusliikumise olemuse poolest. Tavaliselt on 3 ASW: gaas, vedel ja tahke; mõnikord viidatakse siin ka plasma olekule. Aine mis tahes A.S. eksisteerib teatud välistingimustes (temperatuur, rõhk), mille muutumine toob kaasa ülemineku ühest A.S. teise sisse.

ADIABAATILINE (ADIABAATNE) PROTSESS– termodünaamilise protsessi mudel, mille puhul ei toimu soojusvahetust vaadeldava süsteemi ja keskkonna vahel. Tõeliseks termodünaamiliseks protsessiks võib pidada A. kui see toimub kas soojust isoleerivas kestas või nii kiiresti, et soojusvahetus ei jõua toimuda.

Joon, mis kujutab tasakaalu mis tahes termodünaamilisel diagrammil adiabaatiline protsessi. Võrrand a. ideaalse gaasi jaoks on vorm - adiabaatiline eksponent ja koos p Ja koos v soojusmahtuvus vastavalt konstantsel rõhul ja mahul.

AMORFNE RIIK- tahke aine olek, milles molekulide paigutus puudub. Seetõttu a. ainel on isotroopsus, s.t. sellel on kõikides suundades samad füüsikalised omadused ja sellel puudub kindel sulamistemperatuur.

ANEROY- aneroidbaromeeter, seade atmosfäärirõhu mõõtmiseks, mille vastuvõtuosa on metallkarp, mille sees tekib tugev vaakum. ATM vahetamisel. surve, muutub karbi deformatsioon, mis sellega seotud vedru ja hoobade süsteemi abil paneb noole-osuti pöörlema.

ANISOTROOPIA- aine füüsikaliste omaduste sõltuvus suunast (erinevalt isotroopia). Seda seostatakse meediumide sisemise korrastatud struktuuriga ja seda leidub elastsuse, soojus- ja elektrijuhtivuse, heli ja valguse levimise nähtustes tahketes kehades. See võib olla omane ka füüsilisele ruumile elektromagnetiliste, gravitatsiooni- ja muude väljade juuresolekul.

ATmosfäärisurve Rõhk, mida Maa atmosfäär avaldab kõigile selles asuvatele objektidele. Selle määrab selle peal oleva õhusamba kaal ja see on kõige olulisem suurus, mis kirjeldab Maa atmosfääri seisundit. Ühikud A.d. SI-s - Pa, mm Hg. Tavaline A.d. võrdne 760 mm Hg. või 1013 hPa.

BAROMEETER- seade atmosfäärirõhu mõõtmiseks. Kõige tavalisem deformatsioon B., mis hõlmab näiteks B. - aneroid(1844, L. Vidi). Sellises B-s vajub atmosfäärirõhu muutumisel membraan alla, sulgedes kasti, millest õhk eemaldatakse, ja sel juhul kaldub hoobade süsteemi kaudu membraaniga ühendatud nool kõrvale. Tegevus vedel B. (näiteks elavhõbe B. E. Torricelli, 1644) põhineb atmosfäärirõhu siaali tasakaalustamisel vedelikusamba massiga.

LÜHIKELLIMUS- aatomite või molekulide järjestatud paigutus aatomitevahelisele lähedasele kaugusele; iseloomulikud amorfsetele ainetele ja mõnedele vedelikele. (vrd).

BOYLE-MARIOTTE SEADUS- üks seadustest ideaalne gaas: kindla gaasi massi korral konstantsel temperatuuril on rõhu ja ruumala korrutis konstant. Valem: pV = konst. Kirjeldab isotermilist protsessi.

Üks peamisi füüsikalisi konstante, mis on võrdne universaali suhtega gaasikonstant R kuni N A .B.p. .Hõlmab mitmeid olulisi statistilise füüsika seoseid: ühendab vrd. osakeste kineetiline energia ja temperatuur, füüsikalise süsteemi entroopia ja selle termodünaamiline tõenäosus.

PRUUNILINE LIIKUMINE- vedelikus või gaasis hõljuvate väikeste makroskoopiliste osakeste juhuslik liikumine, mis toimub molekulide termilise liikumise mõjul. Molekulaar-kineetilise teooria visuaalne kinnitus. Avastas R. Brown 1827. Selgitasid A. Einstein ja M. Smoluchowski 1905. Teooriat testiti J. Perrini katsetes aastatel 1906-11.

VAKUUM- anumasse suletud gaasi olek, mille rõhk on oluliselt madalam atmosfäärirõhust. Sõltuvalt aatomite või molekulide vaba tee ja anuma lineaarse suuruse vahekorrast eristatakse ülikõrget, kõrget, keskmist ja madalat vaakumit.

ÕHUNIiskus- veeauru olemasolu õhus. Kirjeldatud füüsikaliste suurustega absoluutne Ja sugulane IN . , mida mõõdetakse hügromeetrid.

SISEENERGIA- keha energia, olenevalt ainult selle sisemisest olekust; koosneb aatomite, molekulide või muude osakeste juhusliku (termilise) liikumise energiast ning aatomisiseste ja molekulidevaheliste liikumiste ja vastastikmõjude energiast. (cm. termodünaamika esimene seadus). MKT-s ei võeta arvesse aatomisiseste osakeste energiat ja nende vastasmõju.

TERMODÜNAAMIKA TEINE SEADUSüks põhiseadusi termodünaamika, mille kohaselt on võimatu perioodiline protsess, mille ainsaks tulemuseks on küttekehast saadava soojushulgaga võrdväärne töö tegemine. Teine sõnastus: võimatu on protsess, mille ainsaks tulemuseks on energia ülekandmine soojuse kujul vähem kuumutatud kehalt kuumemale. V.z.t. väljendab suurest hulgast kaootiliselt liikuvatest osakestest koosneva süsteemi tendentsi spontaansele üleminekule vähemtõenäolistest olekutest tõenäolisematesse olekutesse. Veel üks viis WZT sõnastamiseks: teist tüüpi igiliikurit on võimatu luua.

GAASI KONSTANT UNIVERSAALNE(R) - üks peamisi füüsikalisi konstante, mis sisalduvad olekuvõrrandis (cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Füüsikaline tähendus: ideaalse gaasi ühe mooli paisumine isobaarses protsessis temperatuuri tõusuga 1 K võrra.

GAASI TERMOMEET- temperatuuri mõõtmise seade, mille toime põhineb rõhu või gaasi mahu sõltuvusel temperatuurist.

üks seadustest ideaalne gaas: antud gaasi kindla massi korral konstantsel rõhul on ruumala ja absoluutse temperatuuri suhe konstantne väärtus: (või: maht on otseselt võrdeline absoluutse temperatuuriga: , kus α on rõhu temperatuuritegur). Kirjeldab isobaariline protsessi.

HÜGROMEETER- mõõteriist absoluutne või suhteline niiskus. G. jaguneb kaaluks (absoluutse õhuniiskuse määramiseks), kondensatsiooniks (kastepunkti määramiseks), karvadeks (suhteline õhuniiskus), samuti G. psühromeetrilisteks või psühromeetriteks (suhteline õhuniiskus).

CELSIUS- süsteemiväline temperatuuriühik vastavalt rahvusvahelisele praktilisele temperatuuriskaalale, kus temperatuur kolmikpunkt vee temperatuur on 0,01 kraadi Celsiuse järgi ja keemistemperatuur normaalsel atmosfäärirõhul on 100 kraadi Celsiuse järgi.

PIKA TELLIMUS- osakeste (aatomite või molekulide) järjestatud paigutus kogu kehas; iseloomulikud kristalsetele ainetele. kolmap sulge järjekord.

DALTONI SEADUS- Ideaalse gaasi üks põhiseadusi: keemiliselt mitteinterakteeruvate gaaside segu rõhk võrdub nende gaaside osarõhkude summaga.

VEAD KRISTALLIDES- kristallstruktuuri puudused, osakeste (aatomite, molekulide, ioonide) range perioodilise paigutuse rikkumised kristallvõre sõlmedes. Nende hulka kuuluvad vabad töökohad (punktdefektid), nihestused (lineaarsed defektid), mahudefektid: praod, poorid, kestad jne. Neil on oluline mõju kristallide füüsikalistele omadustele.

DISSOTSIOONID- liini defektid kristallvõre, mis rikub aatomitasandite õiget vaheldumist. Kahes mõõtmes on nende mõõtmed aatomi suurusjärgus ja kolmandas võivad nad läbida kogu kristalli.

DISSOTSIATSIOON- molekulide lagunemise protsess lihtsamateks osadeks - aatomiteks, aatomirühmadeks või ioonideks. See võib ilmneda temperatuuri tõusuga (termiline D.), elektrolüüdi lahuses (elektrolüütiline D.) ja valguse toimel (fotokeemiline D.).

VEDELKRISTALNE- aine olek, milles leitakse struktuursed omadused, mis on tahkete ainete vahepealsed kristall Ja vedel. Need tekivad piklike molekulidega ainetes, mille vastastikune orientatsioon määrab anisotroopia nende füüsikalised omadused. Neid kasutatakse inseneriteaduses, bioloogias ja meditsiinis.

VEDELIKLI TERMOMEET- mõõteriist temperatuur, mille toime põhineb vedeliku soojuspaisumisel. Zh.t. olenevalt temperatuurivahemikust on need täidetud elavhõbeda, etüülalkoholi ja muude vedelikega.

VEDELIK- üks neist koondseisundid aine vaheühend tahke ja gaasilise vahel. J., nagu tahke, on madala kokkusurutavusega, suure tihedusega ja samal ajal. meeldib gaas mida iseloomustab vormi muutlikkus (voolab kergelt). Vedelad molekulid, nagu tahke keha osakesed, teostavad termilisi vibratsioone, kuid nende tasakaaluasend muutub aeg-ajalt, mis tagab vedeliku voolavuse.

IDEAALNE GAAS- gaasi vaimne mudel, milles võib tähelepanuta jätta osakeste vastasmõju jõud ja nende osakeste suurus. Need. osakesi võetakse materiaalsete punktidena ja kogu interaktsioon taandatakse nende absoluutselt elastseks mõjuks. Haruldased gaasid temperatuuridel, mis on kaugel kondensatsioonitemperatuurist, on oma omadustelt lähedased I.g. Olekuvõrrand on Clapeyron - Mendelejevi võrrand.

ISOBAAR- konstantse rõhu joon, mis kujutab olekudiagrammil tasakaalu isobaarne protsess.

ISOBARI PROTSESS(isobaarne) - konstantsel rõhul toimuva termodünaamilise protsessi vaimne mudel. Ideaalsete gaaside puhul on seda kirjeldatud seadusega Gay-Lussac.

ISOPROTSESSID on füüsikalised protsessid, mis toimuvad mis tahes süsteemi olekut kirjeldava parameetri konstantsuse juures (vt joonis 1). isobaarne, isotermiline, isohooriline protsess).

ISOTHERM- konstantse temperatuuri joon, mis kujutab tasakaaluoleku diagrammi isotermiline protsess.

ISTERMAALNE PROTSESS on konstantsel temperatuuril toimuva termodünaamilise protsessi mudel. Näiteks keemiliselt homogeense vedeliku keetmine, keemiliselt homogeense kristalli sulatamine konstantsel välisrõhul. Ideaalsete gaaside puhul on seda kirjeldatud Boyle-Mariotte seadus. kolmap isobaarne, isohooriline, adiabaatiline protsess.

ISOTROOPIA, isotroopia – samad füüsikalised omadused igas suunas. See on seotud keskkonna korrastatud sisestruktuuri puudumisega ning on omane gaasidele, vedelikele (va vedelkristallid) ja amorfsetele kehadele. kolmap anisotroopia.

ISOCHORE- konstantse ruumala joon, mis kujutab olekudiagrammil tasakaalulist isohoorilist protsessi.

ISOKOORILINE PROTSESS, isohooriline protsess – termodünaamiline protsess, mis toimub süsteemi konstantse mahu juures. Ideaalsete gaaside puhul on seda kirjeldatud Charlesi seadus.

AURUSTAMINE- aurustumisprotsess vedeliku vabalt pinnalt keemistemperatuurist madalamal temperatuuril. I. tahkete ainete pinnalt nimetatakse sublimatsiooniks. (vrd. keetmine, aurustamine).

KALORIMEETER- seade erinevate kalorimeetriliste koguste määramiseks: soojusmahtuvus, põlemissoojus, aurustumissoojus jne.

KAPILLAAR- kitsas anum, mille iseloomulik ristlõike suurus on alla 1 mm.

KAPILLAARNÄHTUSED- nähtused, mis on põhjustatud molekulidevahelise interaktsiooni jõudude mõjust vedeliku vaba pinna tasakaalule ja liikumisele, segunematute vedelike piirpinnale ja vedelike piiridele tahke ainega. Näiteks vedeliku tõstmine või langetamine väga õhukestes torudes () ja poorses keskkonnas.

CARNO TSIKKEL- pöörduva ringprotsessi mentaalne mudel, mis koosneb kahest isotermiline ja kaks adiabaatiline protsessid. Isotermilise paisumise ajal (küttekeha temperatuur T n) antakse töövedelikule (ideaalgaasile) soojushulk Q n ja isotermilise surve all (külmkapi temperatuur T x) – eemaldatud soojushulk Qx. Tõhusus C.c. ei sõltu töövedeliku olemusest ja on võrdne .

KEEDEMINE- intensiivne aurustumisprotsess mitte ainult vedeliku vabalt pinnalt, vaid ka kogu selle mahu ulatuses sel juhul moodustunud aurumullide sees. K. temperatuur sõltub vedeliku iseloomust ja välisrõhust ning jääb vahele kolmikpunkt ja kriitiline temperatuur (vt kriitiline seisund).

MAYERI VÕRDS- seos, mis loob seose ideaalse gaasi molaarsete soojusvõimsuste vahel konstantsel rõhul koos p ja konstantsel helitugevusel koos V : P = koos V + R-ga . Kus R - .

MAXWELL JAOTUS- termodünaamilises tasakaalus oleva ideaalse gaasi molekulide jaotusseadus vastavalt kiirustele.

MANOMEETER- mõõteriist survet vedelikud ja gaasid. Eristage M. absoluutrõhu mõõtmiseks, lugedes nullist, ja M. ülerõhu (absoluut- ja atmosfäärirõhu erinevuse) mõõtmiseks. Sõltuvalt toimepõhimõttest eristatakse vedelikku, kolvi, deformatsiooni ja vedru M..

MENISKUS- vedeliku kumer pind kitsas torus (kapillaar) või tihedalt asetsevate tahkete seinte vahel (vt.).

- antud materjali konstantne füüsikaline suurus, mis on proportsionaalsustegur mehaanilise pinge ja suhtelise pikenemise vahel Hooke seadus: . M.Yu. E on võrdne mehaanilise pingega, mis tekib deformeerunud kehas selle pikkuse kahekordistamisel. SI mõõtühik on pascal.

MOLEKUL- aine väikseim stabiilne osake, millel on kõik keemilised omadused ja mis koosneb samadest (lihtaine) või erinevatest (keeruline aine) aatomitest, mida ühendavad keemilised sidemed. kolmap aatom.

MOLEKULAARMASS on molekuli mass, väljendatuna aatommassi ühikud. kolmap molaarmass.

MOLEKULAARFÜÜSIKA- füüsika haru, mis uurib kehade füüsikalisi omadusi, aine agregeeritud olekute iseärasusi ja faasisiirdeprotsesse sõltuvalt kehade molekulaarstruktuurist, molekulidevahelise interaktsiooni jõududest ja osakeste soojusliikumise olemusest. aatomid, ioonid, molekulid). cm. statistiline füüsika, termodünaamika.

MOLAARMASS on aine ühe mooli mass; skalaarväärtus, mis võrdub keha massi ja selles sisalduva aine koguse (moolide arvu) suhtega. Aastal SI m.m. on võrdne molekulmass ainet korrutatakse 10-3-ga ja mõõdetakse kilogrammides mooli kohta (kg/mol).

MONOKRISTALNE- vallaline kristallidühe kristallvõrega. Need moodustuvad looduslikes tingimustes või kunstlikult kasvatatud sulamitest, lahustest, aurudest või tahkest faasist. kolmap polükristallid.

KÜLLATUD AUR- aur dünaamilises tasakaalus vedela või tahke faasiga. Dünaamilise tasakaalu all mõistetakse sellist olekut, kus vedelikust (tahkest) väljuvate molekulide keskmine arv on võrdne samal ajal vedelikku (tahkesse) naasvate aurumolekulide keskmise arvuga.

PÖÖRDUMATU PROTSESS Protsess, mis võib spontaanselt kulgeda ainult ühes suunas. Kõik reaalsed protsessid on n.p. ja suletud süsteemides kaasneb kasv entroopia. cm. , .

NORMAALSED TINGIMUSED- standardsed füüsikalised tingimused, mis on määratud rõhuga P=101325 Pa (760 mm Hg) ja absoluutse temperatuuriga T=273,15 K.

PÖÖRDETAV PROTSESS– protsessimudel, mille puhul on võimalik pöördprotsess, mis kordab järjest kõiki vaadeldava protsessi vaheolekuid. Pööratav on ainult tasakaaluprotsess. Näide - . kolmap .

SUHTELINE NIISKUS- füüsikaline suurus, mis on võrdne õhus sisalduva veeauru tiheduse (elastsuse) ja küllastunud auru tiheduse (elastsuse) suhtega samal temperatuuril. Väljendatuna protsentides. kolmap absoluutne niiskus.

AUR- gaasilises olekus olev aine tingimustes, kus kokkusurumisel on võimalik saavutada tasakaal sama ainega vedelas või tahkes olekus, s.o. kriitilisest madalamal temperatuuril ja rõhul (vt kriitiline seisund). Madala rõhu ja kõrge temperatuuri korral lähenevad auru omadused auru omadustele ideaalne gaas.

OLEKU PARAMEETER, termodünaamiline parameeter on füüsikaline suurus, mida kasutatakse termodünaamikas süsteemi oleku kirjeldamiseks. Näiteks rõhk, temperatuur, siseenergia, entroopia jne. P.s. on omavahel seotud, seega saab süsteemi tasakaaluolekut üheselt määrata piiratud arvu parameetritega (vt joonis 1). olekuvõrrand).

AURUTAMINE Protsess, mille käigus aine muutub vedelast või tahkest olekust gaasiliseks. See jätkub suletud mahus kuni moodustumiseni küllastunud aur. P.-i on kahte tüüpi: aurustumine Ja keemine.

OSALINE RÕHK- gaasisegu osaks oleva gaasi rõhk, mis sellel oleks, hõivates kogu segu mahu ja olles segu temperatuuril. cm. .

PASCALI SEADUS- põhiseadus hüdrostaatika: välisjõudude poolt tekitatud rõhk vedeliku või gaasi pinnal kandub kõikides suundades võrdselt.

ESIMENE TERMODÜNAAMIKA SEADUSüks põhiseadusi termodünaamika, mis on termodünaamilise süsteemi energia jäävuse seadus: soojushulk K süsteemile teatatud kulub süsteemi siseenergia muutmisele ∆ U ja süsteemi tööle panemine Süsteem väliste jõudude vastu. Valem: Q=ΔU+A süsteem. P.z.t kasutamise kohta. soojusmasinate töö põhineb. Seda saab sõnastada ka teisiti: süsteemi siseenergia muutus ∆ U võrdne süsteemi ülekantava soojushulga summaga K ja välisjõudude töö süsteemile Välis. Valem: ∆U=Q+A välised. Nendes valemites Välis = - Süst.

SULATUS- aine ülemineku protsess kristalsest olekust vedelasse olekusse. Tekib teatud koguse soojuse neeldumisel sulamistemperatuuril, olenevalt aine olemusest ja rõhust. cm. sulamissoojus.

PLASMA- ioniseeritud gaas, milles positiivsete ja negatiivsete laengute kontsentratsioon on peaaegu sama. Moodustati kl elektrilahendus gaasides, kui gaas kuumutatakse termilise ionisatsiooni jaoks piisava temperatuurini. Valdav enamus Universumi ainest on plasma olekus: tähed, galaktika udukogud ja tähtedevaheline keskkond.

PLASTIK- tahkete ainete omadus välisjõudude mõjul muuta oma kuju ja mõõtmeid kokkuvarisemata ning säilitada jääki (plasti) deformatsioonid. Oleneb vedeliku tüübist ja temperatuurist. Pindaktiivsed ained (nt seep) võivad seda muuta.

PIND PINEVUS- nähtus, mis väljendub vedeliku soovis oma pindala vähendada. See on tingitud molekulidevahelisest interaktsioonist ja on põhjustatud molekulide pinnakihi moodustumisest, mille energia on suurem kui antud vedelikus olevate molekulide energia samal temperatuuril.

Artikli sisu

MOLEKULAARKINEETILINE TEOORIA- molekulaarfüüsika haru, mis uurib aine omadusi, tuginedes ideedele nende molekulaarstruktuuri kohta ja teatud ainet moodustavate aatomite (molekulide) vastasmõju seadustele. Arvatakse, et aineosakesed on pidevas juhuslikus liikumises ja seda liikumist tajutakse soojusena.

Kuni 19. sajandini Väga populaarne soojusteooria alus oli kalorite või mõne vedela aine teooria, mis voolab ühest kehast teise. Kehade kuumenemist seletati nende sees sisalduva kalorisisalduse suurenemisega ja jahtumist - vähenemisega. Aatomite mõiste tundus pikka aega soojusteooria jaoks ebavajalik, kuid paljud teadlased seostasid soojust juba siis intuitiivselt molekulide liikumisega. Nii arvas eriti vene teadlane M. V. Lomonosov. Möödus palju aega, enne kui molekulaar-kineetiline teooria lõpuks teadlaste teadvuses võidu võttis ja füüsika võõrandamatuks omandiks sai.

Paljud gaaside, vedelike ja tahkete ainete nähtused leiavad molekulaarkineetilise teooria raames lihtsa ja veenva seletuse. Niisiis survet, mida gaas avaldab anuma seintele, millesse see on suletud, loetakse kiirelt liikuvate molekulide arvukate kokkupõrgete tulemuseks seinaga, mille tulemusena kannavad nad oma hoo üle seinale. (Tuletame meelde, et just impulsi muutus ajaühikus põhjustab mehaanika seaduste kohaselt jõu ilmnemist ja jõud seinapinna ühiku kohta on rõhk). Osakeste liikumise kineetiline energia, keskmistatuna nende tohutule arvule, määrab selle, mida tavaliselt nimetatakse temperatuuri ained.

Atomisistliku idee päritolu, s.o. idee, et kõik looduses olevad kehad koosnevad väikseimatest jagamatutest osakestest-aatomitest, ulatub tagasi Vana-Kreeka filosoofidele - Leucippusele ja Demokritusele. Rohkem kui kaks tuhat aastat tagasi kirjutas Demokritos: "... aatomeid on lugematu suurus ja hulk, kuid nad tormavad universumis keerises ringi ja nii sünnib kõik keeruline: tuli, vesi, õhk, maa." Otsustava panuse molekulaarkineetilise teooria arengusse andis 19. sajandi teisel poolel. tähelepanuväärsete teadlaste tööd J.K. Statistiline lähenemine üldistati (mis tahes aine oleku suhtes) 20. sajandi alguses. ameerika teadlase J. Gibbsi kirjutistes, keda peetakse üheks statistilise mehaanika ehk statistilise füüsika rajajaks. Lõpuks 20. sajandi esimestel kümnenditel füüsikud mõistsid, et aatomite ja molekulide käitumine järgib mitte klassikalise, vaid kvantmehaanika seadusi. See andis võimsa tõuke statistilise füüsika arengule ja võimaldas kirjeldada mitmeid füüsikalisi nähtusi, mida varem ei osatud klassikalise mehaanika tavamõistete raames seletada.

Gaaside molekulaarkineetiline teooria.

Iga seina poole lendav molekul kannab sellega kokkupõrkel oma hoo üle seinale. Kuna molekuli kiirus elastsel kokkupõrkel seinaga erineb väärtusest v enne - v, edastatava impulsi väärtus on 2 mv. Seina pinnale mõjuv jõud D S aja jooksul D t, määratakse kõigi selle ajaperioodi jooksul seinale jõudvate molekulide poolt edastatava summaarse impulsi väärtusega, s.o. F= 2mv n c D S/D t, kus n c määratletud avaldisega (1). Surve väärtuse jaoks lk = F/D S sel juhul leiame: p= (1/3)nmv 2.

Lõpptulemuse saamiseks on võimalik loobuda molekulide sama kiiruse eeldamisest, eraldades iseseisvad molekulirühmad, millest igaühel on oma ligikaudu võrdne kiirus. Seejärel leitakse keskmine rõhk kõigi molekulirühmade kiiruse ruudu keskmistamisega või

Seda väljendit saab esitada ka kui

Sellele valemile on mugav anda teistsugune vorm, korrutades ruutjuure märgi all oleva lugeja ja nimetaja Avogadro arvuga

N a= 6,023 10 23 .

Siin M = mN A- aatom- või molekulmass, väärtus R = kN A\u003d 8,318 10 7 erg nimetatakse gaasikonstandiks.

Molekulide keskmine kiirus gaasis, isegi mõõdukatel temperatuuridel, osutub väga suureks. Niisiis, vesiniku molekulide (H 2) jaoks toatemperatuuril ( T= 293K) on see kiirus umbes 1900 m/s, õhus olevate lämmastikumolekulide puhul on see umbes 500 m/s. Heli kiirus õhus samadel tingimustel on 340 m/s.

Arvestades seda n = N/V, Kus V on gaasi poolt hõivatud maht, N on selles mahus olevate molekulide koguarv, on (5)-st lihtne saada tagajärgi teadaolevate gaasiseaduste kujul. Selleks esitatakse molekulide koguarv kui N = vN A, Kus v on gaasimoolide arv ja võrrand (5) võtab kuju

(8) pV = vRT,

mida nimetatakse Clapeyroni-Mendelejevi võrrandiks.

Arvestades seda T= pidev gaasirõhk varieerub pöördvõrdeliselt selle ruumalaga (Boyle-Mariotte seadus).

Kindla mahuga suletud anumas V= const rõhu muutused on otseses proportsioonis gaasi absoluutse temperatuuri muutusega T. Kui gaas on tingimustes, kus selle rõhk jääb konstantseks lk= konst, kuid temperatuur muutub (sellised tingimused võivad realiseeruda, näiteks kui gaas asetatakse silindrisse, mis on suletud liikuva kolviga), siis muutub gaasi ruumala proportsionaalselt selle temperatuuri muutusega (Gay-Lussaci seadus).

Anumas olgu gaaside segu, st. on olemas mitut erinevat tüüpi molekule. Sel juhul ei sõltu igat tüüpi molekulide poolt seinale ülekantava impulsi suurus teist tüüpi molekulide olemasolust. Sellest järeldub ideaalsete gaaside segu rõhk on võrdne osarõhkude summaga, mille iga gaas tekitaks eraldi, kui see hõivaks kogu ruumala. See on veel üks gaasiseadus – kuulus Daltoni seadus.

Molekulide keskmine vaba tee . Üks esimesi, kes 1850. aastatel andis mõistlikke hinnanguid erinevate gaaside molekulide keskmise soojuskiiruse kohta, oli Austria füüsik Clausius. Tema saadud nende kiiruste ebatavaliselt suured väärtused tekitasid kohe vastuväiteid. Kui molekulide kiirused on tõesti nii suured, siis peaks mis tahes lõhnaaine lõhn peaaegu hetkega levima suletud ruumi ühest otsast teise. Tegelikult on lõhna levik väga aeglane ja nüüd on teada, et see toimub gaasis difusiooniks nimetatava protsessi kaudu. Clausius ja hiljem teised suutsid seda ja teisi gaasis toimuvaid transpordiprotsesse (nt soojusjuhtivus ja viskoossus) veenvalt selgitada, kasutades keskmise vaba tee kontseptsiooni. molekulid , need. molekuli keskmine läbitud vahemaa ühest kokkupõrkest teise.

Iga gaasi molekul kogeb väga palju kokkupõrkeid teiste molekulidega. Kokkupõrgete vahelisel ajal liiguvad molekulid peaaegu sirgjooneliselt, kogedes järske kiiruse muutusi alles kokkupõrke hetkel. Loomulikult võivad sirgete lõikude pikkused molekuli teekonnal olla erinevad, mistõttu on mõttekas rääkida ainult molekulide teatud keskmisest vabast teest.

Ajaks D t molekul läbib keerulise siksakilise tee, mis on võrdne v D t. Trajektooril on sama palju käände kui on kokkupõrkeid. Lase Z tähendab kokkupõrgete arvu, mida molekul ajaühikus kogeb. Keskmine vaba tee on siis võrdne teepikkuse N 2 suhtega, näiteks a» 2,0 10 –10 m. Tabelis 1 on toodud valemiga (10) arvutatud l 0 väärtused µm-des (1 µm = 10 –6 m) mõne gaasi puhul tavatingimustes ( lk= 1 atm, T=273K). Need väärtused osutuvad ligikaudu 100–300 korda suuremaks kui molekulide siseläbimõõt.

Iga ainet käsitleb füüsika kõige väiksemate osakeste kogumina: aatomid, molekulid ja ioonid. Kõik need osakesed on pidevas kaootilises liikumises ja interakteeruvad üksteisega elastsete kokkupõrgete kaudu.

Aatomiteooria – molekulaarkineetilise teooria alus

Demokritos

Molekulaarkineetiline teooria tekkis Vana-Kreekas umbes 2500 aastat tagasi. Selle vundamenti peetakse aatomi hüpotees , sponsoreeritud Vana-Kreeka filosoof Leucippus ja tema õpilane Vana-Kreeka õpetlane Demokritos Abdera linnast.

Leucippus

Leucippus ja Demokritos eeldasid, et kõik materiaalsed asjad koosnevad jagamatutest väikseimatest osakestest, mida nimetatakse aatomid (kreeka keelestἄτομος - jagamatu). Ja aatomitevaheline ruum on täis tühjust. Kõik aatomid on oma suuruse ja kujuga ning võimelised liikuma. Selle teooria pooldajad keskajal olid Giordano Bruno, Galileo, Isaac Beckman ja teised teadlased. Molekulaarkineetilise teooria alused pandi paika 1738. aastal ilmunud teoses "Hüdrodünaamika", mille autor oli Šveitsi füüsik, mehaanik ja matemaatik. Daniel Bernoulli.

Molekulaarkineetilise teooria põhisätted

Mihhail Vasiljevitš Lomonosov

Kaasaegsele füüsikale oli kõige lähedasem aine aatomistruktuuri teooria, mille 18. sajandil töötas välja suur vene teadlane. Mihhail Vasiljevitš Lomonosov. Ta väitis, et kõik ained koosnevad molekulid millele ta helistas kehakesed . Ja kehakesed koosnevad omakorda aatomid . Lomonossovi teooriat nimetati korpuskulaarne .

Kuid nagu selgus, on aatom jagatud. See koosneb positiivselt laetud tuumast ja negatiivsetest elektronidest. Üldiselt on see elektriliselt neutraalne.

Kaasaegne teadus kutsub aatom keemilise elemendi väikseim osa, mis on selle põhiomaduste kandja. Aatomitevaheliste sidemetega ühendatud aatomid moodustavad molekule. Molekul võib sisaldada ühte või mitut sama või erineva keemilise elemendi aatomit.

Kõik kehad koosnevad suurest hulgast osakestest: aatomitest, molekulidest ja ioonidest. Need osakesed liiguvad pidevalt ja juhuslikult. Nende liikumisel ei ole mingit kindlat suunda ja seda nimetatakse termiline liikumine . Oma liikumise ajal interakteeruvad osakesed üksteisega absoluutselt elastsete kokkupõrgete teel.

Me ei saa molekule ja aatomeid palja silmaga vaadelda. Kuid me näeme nende tegevuse tulemust.

Molekulaarkineetilise teooria peamiste sätete kinnitus on: difusioon , Browni liikumine Ja muuta ainete agregeeritud olekud .

Difusioon

Difusioon vedelikus

Üheks tõestuseks molekulide pidevast liikumisest on nähtus difusioon .

Liikumise käigus tungivad ühe aine molekulid ja aatomid sellega kokkupuutes teise aine molekulide ja aatomite vahele. Täpselt samamoodi käituvad ka teise aine molekulid ja aatomid. seoses esimesega. Ja mõne aja pärast jaotuvad mõlema aine molekulid kogu mahus ühtlaselt.

Nimetatakse protsessi, mille käigus ühe aine molekulid tungivad teise aine molekulide vahele difusioon . Difusiooni fenomeniga puutume kodus kokku iga päev, kui laseme teekotikese klaasi keevasse vette. Jälgime, kuidas värvitu keev vesi muudab oma värvi. Kui visata paar mangaani kristalli veega katseklaasi, on näha, et vesi muutub roosakaks. See on ka difusioon.

Osakeste arvu ruumalaühiku kohta nimetatakse kontsentratsioon ained. Difusiooni käigus liiguvad molekulid aine nendest osadest, kus kontsentratsioon on suurem, nendesse osadesse, kus see on väiksem. Molekulide liikumist nimetatakse difusioonivool . Difusiooni tulemusena on ainete kontsentratsioonid erinevates osades joondatud.

Difusiooni võib täheldada gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes. Gaasides toimub see kiiremini kui vedelikes. Me teame, kui kiiresti lõhnad õhus levivad. Katseklaasis olev vedelik värvib palju aeglasemalt, kui sellesse tinti tilgutatakse. Ja kui paneme soolakristallid veega anuma põhja ja ei sega seda, siis läheb rohkem kui üks päev, enne kui lahus muutub homogeenseks.

Difusioon toimub ka kokkupuutuvate metallide piiril. Kuid selle kiirus on sel juhul väga väike. Kui katta vask kullaga, siis toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul läbistab kuld mõne tuhande aastaga vaske vaid mõne mikroni võrra.

Kullakangile koormatud valuploki plii tungib sellesse 5 aastaga vaid 1 cm sügavusele.

Difusioon metallides

Difusioonikiirus

Difusioonikiirus sõltub voolu ristlõike pindalast, ainete kontsentratsioonide erinevusest, nende temperatuuride või laengute erinevusest. Läbi 2 cm läbimõõduga varda levib soojus 4 korda kiiremini kui läbi 1 cm läbimõõduga varda.Mida suurem on ainete temperatuuride vahe, seda suurem on difusioonikiirus. Termilise difusiooni ajal sõltub selle kiirus soojusjuhtivus materjalist ja elektrilaengute voolu korral - alates elektrijuhtivus .

Ficki seadus

Adolf Fick

1855. aastal kirjeldas saksa füsioloog Adolf Eugene Fick difusiooniprotsesse esimese kvantitatiivse kirjelduse:

Kus J - tihedus aine difusioonivool,

D - difusioonikoefitsient,

C - aine kontsentratsioon.

Aine difusioonivoo tihedusJ [cm -2 s -1 ] on võrdeline difusioonikoefitsiendigaD [cm -2 s -1 ] ja vastupidise märgiga võetud kontsentratsioonigradient.

Seda võrrandit nimetatakse Ficki esimene võrrand .

Difusiooni, mille tulemusena ainete kontsentratsioonid ühtlustuvad, nimetatakse mittestatsionaarne difusioon . Sellise difusiooni korral muutub kontsentratsioonigradient aja jooksul. Ja juhul statsionaarne difusioon see gradient jääb konstantseks.

Browni liikumine

Robert Brown

Selle nähtuse avastas Šoti botaanik Robert Brown 1827. aastal. Põhja-Ameerika taime õietolmurakkudest eraldatud vees suspendeeritud tsütoplasmaatiliste terade uurimine mikroskoobi allClarkia pulchella, juhtis ta tähelepanu väikseimatele tahketele teradele. Nad värisesid ja liikusid aeglaselt ilma nähtava põhjuseta. Kui vedeliku temperatuur tõusis, suurenes osakeste kiirus. Sama juhtus ka siis, kui osakeste suurus vähenes. Ja kui nende suurus suurenes, vedeliku temperatuur langes või viskoossus suurenes, siis osakeste liikumine aeglustus. Ja neid hämmastavaid osakeste "tantse" võis jälgida lõputult. Otsustades, et selle liikumise põhjuseks on osakesed elus, asendas Brown terad väikeste kivisöeosakestega. Tulemus oli sama.

Browni liikumine

Browni katsete kordamiseks piisab kõige tavalisemast mikroskoobist. Molekuli suurus on liiga väike. Ja sellise seadmega on neid võimatu arvestada. Kui aga värvime vett katseklaasis akvarellvärviga ja vaatame seda siis läbi mikroskoobi, näeme pisikesi värvilisi osakesi, mis liiguvad juhuslikult. Need ei ole molekulid, vaid vees hõljuvad värviosakesed. Ja neid sunnivad liikuma veemolekulid, mis tabavad neid igast küljest.

Nii käituvad kõik mikroskoobis nähtavad osakesed, mis hõljuvad vedelikes või gaasides. Nende juhuslikku liikumist, mille põhjustab molekulide või aatomite soojusliikumine, nimetatakse pruunikas liikumine . Browni osake on pidevalt allutatud vedelikke ja gaase moodustavate molekulide ja aatomite mõjudele. Ja see liikumine ei peatu.

Kuid kuni 5 mikroni (mikromeetri) suurused osakesed võivad osaleda Browni liikumises. Kui nende suurus on suurem, on nad liikumatud. Mida väiksem on Browni osakese suurus, seda kiiremini see liigub. Osakesed, mis on väiksemad kui 3 mikronit, liiguvad järk-järgult mööda kõiki keerulisi trajektoore või pöörlevad.

Brown ise ei osanud avastatud nähtust seletada. Ja alles 19. sajandil leidsid teadlased sellele küsimusele vastuse: Browni osakeste liikumist põhjustab molekulide ja aatomite termilise liikumise mõju neile.

Kolm aine olekut

Aine moodustavad molekulid ja aatomid ei ole mitte ainult liikumises, vaid ka suhtlevad üksteisega, meelitades või tõrjudes üksteist.

Kui molekulide vaheline kaugus on võrreldav nende suurusega, kogevad nad külgetõmmet. Kui see muutub väiksemaks, hakkab domineerima tõukejõud. See seletab füüsiliste kehade vastupidavust deformatsioonile (kokkusurumisele või pingele).

Kui keha surutakse kokku, siis molekulide vaheline kaugus väheneb ja tõukejõud püüavad molekule nende algsesse olekusse tagasi viia. Venitamisel häirib keha deformatsioon molekulide vahelisi tõmbejõude.

Molekulid ei interakteeru ainult ühes kehas. Kasta riidetükk vedeliku sisse. Näeme, et see saab märjaks. See on tingitud asjaolust, et vedeliku molekulid tõmbavad tahkete ainete molekule tugevamini kui üksteist.

Iga füüsikaline aine võib olenevalt temperatuuridest ja rõhkudest olla kolmes olekus: tahke, vedel või gaasiline . Neid kutsutakse agregaat .

Gaasides molekulide vaheline kaugus on suur. Seetõttu on nendevahelised tõmbejõud nii nõrgad, et nad sooritavad ruumis kaootilist ja peaaegu vaba liikumist. Nad muudavad oma liikumissuunda, löödes üksteist või veresoonte seinu.

vedelikes Molekulid on üksteisele lähemal kui gaasis. Nende vahel on rohkem külgetõmmet. Neis olevad molekulid ei liigu enam vabalt, vaid võnguvad juhuslikult tasakaaluasendi lähedal. Kuid nad on võimelised hüppama välise jõu suunas, vahetades üksteisega kohti. Selle tulemuseks on vedeliku vool.

Tahketes ainetes molekulide vastastikuse mõju jõud on nendevahelise lähedase kauguse tõttu väga suured. Nad ei suuda ületada naabermolekulide külgetõmmet, seetõttu on nad võimelised sooritama võnkuvaid liikumisi ainult tasakaaluasendi ümber.

Tahked kehad säilitavad mahu ja kuju. Vedelikul pole vormi, see võtab alati anuma kuju, milles ta parasjagu asub. Kuid selle maht jääb samaks. Gaasilised kehad käituvad erinevalt. Need muudavad hõlpsalt nii kuju kui ka mahtu, võttes anuma kuju, millesse need asetati, ja hõivates kogu neile antud mahu.

Siiski on ka selliseid kehasid, mis on vedeliku struktuuriga, vähese voolavusega, kuid samas suudavad säilitada oma kuju. Selliseid kehasid nimetatakse amorfne .

Kaasaegne füüsika toob esile neljanda aine agregeeritud oleku - plasma .

Definitsioon 1

Molekulaarkineetiline teooria- see on aine struktuuri ja omaduste õpetus, mis põhineb ideel aatomite ja molekulide kui keemiliste ainete väikseimate osakeste olemasolust.

Molekuli molekulaarkineetilise teooria põhisätted:

1. Kõik ained võivad olla vedelas, tahkes ja gaasilises olekus. Need on moodustatud osakestest, mis koosnevad aatomitest. Elementaarmolekulidel võib olla keeruline struktuur, see tähendab, et need võivad sisaldada mitut aatomit. Molekulid ja aatomid on elektriliselt neutraalsed osakesed, mis teatud tingimustel omandavad täiendava elektrilaengu ja muutuvad positiivseteks või negatiivseteks ioonideks.
2. Aatomid ja molekulid liiguvad pidevalt.
3. Elektrilise jõuga osakesed interakteeruvad üksteisega.

MKT põhisätted ja nende näited on loetletud eespool. Osakeste vahel on väike gravitatsioonimõju.

Joonis 3. 1 . 1 . Browni osakese trajektoor.

2. definitsioon

Molekulide ja aatomite Browni liikumine kinnitab molekulaarkineetilise teooria põhisätete olemasolu ja põhjendab seda eksperimentaalselt. See osakeste termiline liikumine toimub vedelikus või gaasis suspendeeritud molekulidega.

Molekulaarkineetilise teooria peamiste sätete eksperimentaalne põhjendus

1827. aastal avastas R. Brown selle liikumise, mis oli tingitud juhuslikest mõjudest ja molekulide liikumisest. Kuna protsess oli kaootiline, ei suutnud löögid üksteist tasakaalustada. Siit ka järeldus, et Browni osakese kiirus ei saa olla konstantne, see on pidevas muutumises ja suuna liikumist kujutatakse siksakina, nagu on näidatud joonisel 3. 1 . 1 .

A. Einstein rääkis Browni liikumisest 1905. aastal. Tema teooria leidis kinnitust J. Perrini katsetes aastatel 1908-1911.

3. määratlus

Tagajärg Einsteini teooriast: nihke ruut< r 2 >Browni osakese väärtus algpositsiooni suhtes, keskmistatuna paljude Browni osakeste kohta, on võrdeline vaatlusajaga t .

Väljendus< r 2 >= D t selgitab difusiooniseadust. Teooria kohaselt on meil, et D suureneb monotoonselt temperatuuri tõustes. Difusiooni juuresolekul on nähtav juhuslik liikumine.

4. määratlus

Difusioon- see on kahe või enama külgneva aine üksteisesse tungimise nähtuse määratlus.

See protsess toimub kiiresti mittehomogeenses gaasis. Tänu erineva tihedusega difusiooninäidetele on võimalik saada homogeenne segu. Kui hapnik O 2 ja vesinik H 2 on vaheseinaga samas anumas, hakkavad selle eemaldamisel gaasid segunema, moodustades ohtliku segu. Protsess on võimalik, kui vesinik on üleval ja hapnik all.

Läbistumisprotsessid toimuvad ka vedelikes, kuid palju aeglasemalt. Kui lahustame tahke aine, suhkru, vees, saame homogeense lahuse, mis on selge näide vedelikes toimuvatest difusiooniprotsessidest. Reaalsetes tingimustes varjatakse vedelike ja gaaside segunemist kiirete segamisprotsessidega, näiteks konvektsioonivoolude ilmnemisel.

Tahkete ainete difusiooni iseloomustab aeglane kiirus. Kui metallide interaktsioonipinda puhastada, siis on näha, et pikema aja jooksul tekivad igasse neist mõne teise metalli aatomid.

Definitsioon 5

Difusiooni ja Browni liikumist peetakse omavahel seotud nähtusteks.

Mõlema aine osakeste läbitungimisel on liikumine juhuslik, st toimub molekulide kaootiline termiline liikumine.

Kahe molekuli vahel mõjuvad jõud sõltuvad nendevahelisest kaugusest. Molekulidel on nii positiivseid kui ka negatiivseid laenguid. Suurtel vahemaadel domineerivad molekulidevahelised tõmbejõud, väikestel kaugustel tõukejõud.

Joonistamine 3 . 1 . 2 näitab molekulidevahelise vastasmõju tekkiva jõu F ja potentsiaalse energia E p sõltuvust nende tsentrite vahelisest kaugusest. Kaugus r = r 0 vastasmõju jõud kaob. Seda kaugust võetakse tinglikult molekuli läbimõõduks. Kui r = r 0 on interaktsiooni potentsiaalne energia minimaalne.

Definitsioon 6

Kahe molekuli teineteisest liigutamiseks kaugusega r 0 tuleks teatada E 0, nn sidumisenergia või potentsiaalse kaevu sügavus.

Joonis 3. 1 . 2.Interaktsiooni jõud F ja interaktsiooni potentsiaalset energiat E lk kaks molekuli. F > 0- tõrjuv jõud F< 0 - raskusjõud.

Kuna molekulid on väikese suurusega, ei tohi lihtsad monoatomilised olla suuremad kui 10–10 m. Komplekssed molekulid võivad ulatuda sadu kordi suuremaks.

Definitsioon 7

Molekulide juhuslikku juhuslikku liikumist nimetatakse termiline liikumine.

Temperatuuri tõustes suureneb soojusliikumise kineetiline energia. Madalatel temperatuuridel on keskmine kineetiline energia enamikul juhtudel väiksem kui potentsiaalne kaevu sügavus E 0 . See juhtum näitab, et molekulid voolavad vedelasse või tahkesse ainesse, mille keskmine vahekaugus on r 0 . Kui temperatuur tõuseb, ületab molekuli keskmine kineetiline energia E 0, siis lendavad nad lahku ja moodustavad gaasilise aine.

Tahketes ainetes liiguvad molekulid juhuslikult ümber fikseeritud tsentrite, st tasakaalupositsioonide. Ruumis võib see jaotuda ebakorrapäraselt (amorfsetes kehades) või korrastatud massistruktuuride (kristallkehade) moodustumisega.

Ainete koondseisundid

Molekulide soojusliikumise vabadus on näha vedelikes, kuna neil puudub seos keskustega, mis võimaldab liikuda kogu ruumala ulatuses. See seletab selle voolavust.

Definitsioon 8

Kui molekulid on lähedased, võivad nad moodustada mitme molekuliga järjestatud struktuure. Sellele nähtusele on antud nimi sulge järjekord. kauge kord iseloomulikud kristallkehadele.

Molekulide vaheline kaugus gaasides on palju suurem, seega on mõjuvad jõud väikesed ja nende liikumine toimub mööda sirgjoont, oodates järgmist kokkupõrget. Väärtus 10–8 m on keskmine kaugus õhumolekulide vahel tavatingimustes. Kuna jõudude vastastikmõju on nõrk, gaasid paisuvad ja võivad täita anuma mis tahes mahu. Kui nende vastasmõju kipub nulli, siis räägitakse ideaalse gaasi esitusest.

Ideaalse gaasi kineetiline mudel

Mikronites loetakse aine kogust võrdeliseks osakeste arvuga.

Definitsioon 9

sünnimärk- see on aine kogus, mis sisaldab nii palju osakesi (molekule), kui on aatomeid 0,012 kuni grammi süsiniku C12 kohta. Süsiniku molekul koosneb ühest aatomist. Sellest järeldub, et 1 moolil ainel on sama arv molekule. Seda numbrit kutsutakse konstantne Avogadro N A: N A \u003d 6, 02 ċ 1023 mol - 1.

Aine koguse määramise valem ν kirjutatakse osakeste arvu suhtena N Avogadro konstandi N A: ν = N N A .

Definitsioon 10

Aine ühe mooli mass nimetame molaarmassi M. See fikseeritakse valemiga M \u003d N A ċ m 0.

Molaarmassi väljendatakse kilogrammides mooli kohta (k g / mol b).

Definitsioon 11

Kui aine koostises on üks aatom, siis on asjakohane rääkida osakese aatommassist. Aatomi ühikuks on 1 12 süsiniku isotoobi C 12 massi, nn aatommassi ühik ja kirjutatud kui ( A. sööma.): 1 a. e. m. \u003d 1, 66 ċ 10–27 kuni g.

See väärtus langeb kokku prootoni ja neutroni massiga.

Definitsioon 12

Antud aine aatomi või molekuli massi ja 1 12 süsinikuaatomi massi suhet nimetatakse suhteline mass.

Kui märkate tekstis viga, tõstke see esile ja vajutage Ctrl+Enter