2.5 Положение о тепловом движении атомов и молекул

Все частицы (атомы, молекулы, ионы) находятся в непрерывном тепловом движении (по мере увеличения подвижности: вращательном, колебательном или поступательном). Из молекулярно-кинетической теории газов, разработанной во второй половине XIXв.(Р.Клаузиус, Д.К.Максвелл, Л.Больцман), следует, что средняя кинетическая энергия отдельной молекулы прямо пропорциональна абсолютной температуре:

, (4)

где k – константа Больцмана.

Учитывая, что кинетическая энергия связана со скоростью тела:

, (5)

получаем , (6)

т.е. при фиксированной температуре наибольшей подвижностью (максимальными скоростями диффузии) обладают легкие молекулы водорода. Более удобный вид эти выражения приобретают, если пересчитать их на 1 моль вещества. Современное понятие моль было принято в 1971г. на XIV Генеральной конференции по мерам и весам:

1 моль вещества ‒ это такое число его структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько атомов содержится в г углерода ¹²С. Число это называется константой Авогадро: N_A = 6.02∙10²³моль^-1.

Из определения следует, что

. (7)

Если домножить числитель и знаменатель на массу отдельной молекулы (формульной единицы) вещества, то

. (8)

Отсюда видно, что, если теперь в выражении (6) домножить числитель и знаменатель под корнем на N_A, то

, (9)

где R ‒ универсальная газовая постоянная, ‒ молярная масса вещества (масса одного моль вещества).

Таблица №2.2

Средняя скорость молекул некоторых газов

при 25 ºС

	H2	СН4	N2	O2	CO2
веществ, г/моль	2	16	28	32	44
υ, м/с	1930	680	515	480	410
υ, км/ч	6950	2450	1850	1730	1480

Анализом уравнений молекулярно-кинетической теории можно получить уравнения всех газовых законов. Мы же поступим иначе: покажем, как из частных газовых законов может быть получено Уравнение Клапейрона-Менделеева.

Таблица №2.3.

Сводная таблица частных газовых законов

Закон Бойля-Мариотта	При фиксированной температуре и неизменном количестве идеального газа его объем обратно пропорционален давлению.	VT,ν = K1 ∙
закон Гей-Люссака	При фиксированном давлении и неизменном количестве идеального газа его объем прямо пропорционален температуре.	VР,ν = K2 ∙ Т
закон Авогадро	В равных объемах различных газов, находящихся при неизменных температуре и давлении, находится равное число молекул, или при фиксированных температуре и давлении объем идеального газа прямо пропорционален его количеству.	VР,Т = K3 ∙ ν

Если какая-то функция пропорциональна нескольким величинам в отдельности, то она пропорциональна произведению этих величин:

V = K_Σ ∙ T ∙ ν или Р ∙ V = K_Σ T ∙ ν или Р ∙ V = R T ∙ ν. (9)

Теперь можно определить численное значение коэффициента пропорциональности K_Σ, который называется универсальной газовой постоянной (R):

K_Σ = R = . (10)

Так как по 2-му следствию из закона Авогадро 1моль идеального газа при температуре 0ºС (273К) и давлении 1атм (101.3 кПа) занимает объем 22.4 литра, то в системе СИ

R = 8.3144 Дж/моль∙К.

Из уравнения (9) следует, что объем одного моль идеального газа (молярный объем) при любых условиях, не нарушающих идеальности, может быть рассчитан:

, (11)

тогда находим еще одну формулу для расчета количества вещества, но применимую только к идеальным газам и к тем реальным, которые по межмолекулярному взаимодействию мало отличаются от идеального:

. (12)

Таблица 10

Сводная таблица формул для расчета

количества вещества, полученных анализом газовых законов

	Применима для расчета количества любых частиц (тел): молекул, атомов, электронов, звезд….
	Применима для расчета количества любых веществ.
	Применима для расчета количества идеального газа и реальных с очень слабым межмолекулярным притяжением.
Варианты написания уравнения состояния идеального газа
	P ∙ V = ν ∙ R ∙T		P = СМ ∙ R ∙T

Проектное задание

Используя представления о таких атомных свойствах, как энергия ионизации и электроотрицательность, а также учитывая характер их изменения в периодах, предложите объяснение закономерному изменению состава и структур простых веществ и оксидов (хлоридов), представленных в таблице №2.1.

ТЕСТ РУБЕЖНОГО КОНТРОЛЯ № 2

1. Все вещества в конечном итоге состоят из атомов,
1.	но структурной единицей веществ являются молекулы
2.	причем атомы являются и их структурными единицами
3.	но структурная организация веществ различна в зависимости от атомных свойств
4.	а атомы, в свою очередь, состоят из протонов и электронов
2. Молекулы – это
1.	мельчайшая электронейтральная частица, состоящая из двух и более связанных атомов
2.	мельчайшие частицы, из которых состоят вещества в жидком и газообразном состояниях
3.	частицы, которые можно полностью идентифицировать, изучая законы их движения
4.	частицы, проявляющие все химические свойства молекулярных веществ
3. Молекулярные вещества от ионных можно отличить по наличию таких биохимическим свойств, как
1.	запах
2.	окраска
3.	вкус
4.	все вышеперечисленное
4. AlCl3 и Al2Cl6; CH2 и C2H4; Р2О5 и Р4О10 - это
1.	соответственно, правильные и неправильные формулы
2.	соответственно, неправильные и правильные формулы
3.	формулы мономерных и димерных частиц, стабильно существующих при обычных условиях
4.	формулы полимерной и молекулярной модификации вещества

Бланк ответа

	1	2	3	4
1 (5 баллов)
2 (5 баллов)
3 (5 баллов)
4 (5 баллов)

Критерии для самоконтроля степени усвоения материала модуля:

Оценка при выполнении теста: 6 – 10 баллов – удовлетворительно

11 – 16 баллов – хорошо

17 – 20 баллов - отлично.