6. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размеры молекул

План ответа

1. Основные положения. 2. Опытные доказательства. 3. Микрохарактеристики вещества.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) — это раздел физики, изучающий свойства различных coстояний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул,

атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь предос­тавленный им объем объясняется непрерывным хао­тическим движением молекул. Упругость газов, твер­дых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распро­странение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотиче­ского движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хао­тическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­ния разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности броуновского движения — уменьшение темпе­ратуры.

Массы молекул очень малы, и удобно использовать не абсолютные значения масс, а относительные. Относительные массы атомов и молекул были опреде­лены еще очень давно. Относительные атомные массы всех химических элементов указаны в таблице Мен­делеева. Физическими методами, например по движе­нию ионов в электрическом и магнитном полях, удалось, определить массы некоторых атомов в абсолютных единицах. Так появилась атомная единица массы (а.е.м.), равная 1/12 массы атома углерода.

Итак, 1 а. е. м. = 1,66 • 10~²⁷кг. Поскольку относительная молекулярная масса М_г— это величина, равная отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, относительная молекулярная масса позволяет найти массу любой молекулы или атома т₀ = 1,66-10 ²⁷ -М_г.

Например, для воды (Н₂0) М_г = 18 и масса молекулы воды равна т₀ = 29,88 • 10~²⁷ кг.

Диаметром молекулы принято считать минималь­ное расстояние, на которое им позволяют сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы является условным. Средний размер молекул порядка 10^-10м.

Многие свойства вещества определяются только числом частиц, но не зависят от свойств частиц. Например, давление идеального газа определяется кон­центрацией частиц п и температурой Т: р = nkT; сила тока через проводник также зависит от свойств носителей заряда: I = Nq₀vS, где п — концентрация сво­бодных частиц, q₀— заряд одной частицы, v— скорость частиц, S — площадь поперечного сечения проводника. Именно поэтому возникло в физике понятие количество вещества. Единица количества вещества определяется на основе соотношения для расчета числа частиц N в веществе любой массы.

Действительно, N = m/m₀ Из этой формулы следует, что в образце, масса которого т численно равна М_г, число частиц равно N = 6,02 • 10²⁶

При переходе к СИ было взято в качестве единицы количества вещества число в 10³ раз меньшее, т. е. N = 6,02 • 10²³. Эта единица называется моль.

Число частиц в одном моле вещества названо чис­лом Авогадро.

Итак, N_A = 6,02 • 10²³ 1/моль, в одном моле любого

^А вещества содержится N_A частиц.

Теперь можно найти массу одного моля М. Эта ве­личина называется молярной массой. Действительно, по определению

М = m₀N_A = 1,66 * 10-²⁷ кг • М_г = = 6,02 • 10²³ = 10-³М_г.

Из формулы М = m₀N_A следует, что единица молярной массы вещества – кг/моль

Билет № 7.

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура

План ответа