Практическое занятие 1

Тема: «Основы молекулярно-кинетической

теории газов»

1. Масса молекул и количество вещества

В основе теплотехники лежит молекулярно-кинетическая теория, которую вы изучали в курсе физики. Основные положения молекулярно-кине-тической теории:

1. Все вещества состоят из атомов и молекул – микрочастиц.

2. Микрочастицы находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Микрочастицы взаимодействуют друг с другом.

1.1. Масса и размеры молекул

Масса микрочастиц любого вещества (атомов и молекул) определяется относительно эталонной массы микрочастиц. В качестве эталонной массы принимается 1/12 массы углерода, которая называется атомная единица массы (1 а.е.м.). Она равна:

1 а.е.м. = m_с = 1,6610^-27 кг,

где m_с = 19,92610^-27 кг – масса атома углерода.

Относительной атомной массой М_r называется отношение массы атома m₀ к атомной единице массы:

,

Относительная атомная масса М_r каждого атома указана в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Относительная молекулярная масса вещества определяется путем сложения относительных атомных масс химических элементов, из которых состоит вещество. Тогда масса атома или молекулы может быть определена по формуле:

m₀ = M_r  1а.е.м. = M_r  1,6610^-27, кг. (1.1)

Определим, например, массу молекулы углекислого газа (СО₂). Для этого сначала определяется относительная молекулярная масса:

,

где M_rC = 12 – относительная атомная масса углерода;

M_rО = 15,9949  16 – относительная атомная масса кислорода.

= 12 + 2  16 = 44.

Тогда, масса молекулы углекислого газа будет равна:

= 44  1,6610^-27 = 7310^-27.

Размеры атомов и молекул имеют порядок 10^-10 м.

1.2. Количество вещества

Так как отдельные атомы и молекулы имеют очень маленькие размеры и массы, то в практических расчетах удобнее пользоваться характеристиками множества атомов и молекул. При этом определено эталонное число атомов и молекул в одном укрупненном множестве. В качестве эталона принято число атомов, содержащихся в углероде массой 12 г. Оно равно 6,02210²³ штук. Такое эталонное количество атомов называется числом Авогадро:

N_А = 6,02210²³.

Для сравнения числа микрочастиц, содержащихся в том или ином веществе, с эталонным числом микрочастиц введено понятие количество вещества. Количеством вещества  называется отношение числа атомов (молекул) N в данном теле к числу Авогадро:

. (1.2)

Количество вещества выражается в молях. 1 моль любого вещества содержит N = 1  N_A = N_A = 6,02210²³ штук атомов или молекул. Следовательно, постоянная Авогадро это число микрочастиц, содержащихся в одном моле любого вещества: N_А = 6,02210²³ шт./моль.

Итак, укрупненную группу микрочастиц, состоящую из 6,02210²³ штук атомов или молекул, для краткости назвали 1 молем вещества, аналогично тому, как студентов в количестве 25 человек называют 1 группой.

Если вещество содержит  молей, то число микрочастиц в этом веществе будет равно:

N = N_A. (1.3)

Например, если количество вещества равно 1,2 моль, то это означает, что число молекул в теле в 1,2 раза больше, чем число атомов в 12 г углерода, то есть равно N = 1,2  N_A = 1,2  6,02210²³ = 7,2310²³ штук.