Лекція на тему: «Основні положення молекулярно-кінетичної теорії рідин, газів, твердих тіл та полімерів.»

План лекції:

1. Основні положення МКТ газів.

2. Основні положення МКТ рідин.

3. Основні положення МКТ твердих тіл.

4. Основні положення МКТ полімерів.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії:

1) Усі тіла складаються з найдрібніших частинок – атомів, молекул, до складу яких входять ще дрібніші елементарні частинки. Будова будь-якої речовини переривчаста.

2) Атоми і молекули речовини завжди перебувають у безперервному хаотичному русі, який називається тепловим.

3) Між частинками будь-якої речовини існують сили взаємодії – притягання і відштовхування.

Ці положення підтверджуються явищами дифузії, броунівського руху, особливостями будови і властивостями газів, рідин, твердих тіл та іншими явищами.

Молекула – найменша стійка частинка речовини, яка зберігає її хімічні властивості.

Кількість речовини – характеристика фізичного тіла, яка пропорційна кількості молекул у тілі. Основна одиниця кількості речовини в СІ – моль.

Моль – кількість речовини, що містить стільки молекул (атомів), скільки атомів у 0,012кг вуглецю.

Один моль будь-якої речовини містить однакову кількість атомів або молекул. Це число називається числом Авогадро. NA = 6,02 10²³ моль^-1.

1. Основні положення мкт газів.

P V = m / M R T –рівняння стану ідеального газу (кінетична модель ідеального газу) – рівняння Менделеєва-Клаперона.

Газові закони: для постійної маси можна виділити наступні процеси.

1) Закон Бойля – Маріотта: Т = const (ізотерм. процес)

Для даної маси газу при постійній температурі добуток тиску на об’єм постійний

p V = const

2) Закон Гей –Люссака: p = const (ізобарний процес)

V / T = const

3) Закон Шарля: V = const (ізохорний процес)

p/T = const

2. Основні положення мкт рідин.

Рідина — конденсований агрегатний стан речовини, проміжний між твердим та газоподібним. Від газу рідина відрізняється тим, що зберігає свій об'єм, а від твердого тіла тим, що не зберігає форму.

Рідинним системам притаманні:

а) плинність на відміну від твердого тіла;

б) достатньо мала зміна об’єму (при зміні тиску й температури), на відміну від газу.

Збереження об’єму, густина, показник заломлення, теплота плавлення, в’язкість – властивості, які зближують рідини з твердими тілами, а незбереження форми – з газами. Для рідин характерний ближній порядок розташування молекул (відносна впорядкованість у розташуванні молекул найближчого оточення довільної молекули, подібна до порядку в кристалічних тілах, але на відстані кількох атомних діаметрів ця впорядкованість порушується). Взаємодія між молекулами рідини здійснюється Ван дер Ваальсовими і водневими зв’язками. Рідини, крім розсолів та зріджених металів, погані провідники електричного струму.

Плинність рідин пов’язана з періодичним “перестрибуванням” їхніх молекул з одного рівноважного положення в інше. Більшу частину часу окрема молекула рідини перебуває в тимчасовій асоціації з сусідніми молекулами (близька впорядкованість), де вона здійснює теплові коливання.

Форма, яку приймає рідина, визначається формою ємності, в якій вона перебуває. Частинки рідини (зазвичай молекули або групи молекул) можуть вільно переміщуватися по всьому її об'єму, але сила взаємного притягання не дозволяє частинкам залишати цей об'єм. Об'єм рідини залежить від температури і тиску і є постійним за даних умов.

Якщо об'єм рідини менший за об'єм ємності, в якій вона міститься, то можна спостерігати поверхню рідини. Поверхня має якості еластичної мембрани з поверхневим натягом, що дозволяє формуватися краплям та бульбашкам. Ще одним наслідком дії поверхневого натягу є капілярність. Зазвичай рідини не піддаються стисканню: наприклад, щоб помітно стиснути воду, необхідний тиск порядку гігапаскаля.

Рідини в гравітаційному полі створюють тиск, як на стінки і дно ємності, так і на будь-які тіла всередині самої рідини. Цей тиск діє у всіх напрямках (Закон Паскаля) і зростає з глибиною.

Якщо рідина перебуває в стані спокою в однорідному гравітаційному полі, тиск на будь яку точку визначається барометричною формулою:

Здебільшого рідини — ізотропні речовини.

З мікроскопічної точки зору рідини відрізняються від твердих тіл відсутністю далекого порядку, а від газів — ближнім порядком. Це означає, що атоми й молекули рідин здебільшого перебувають щодо своїх сусідів у тих же положеннях, що й у твердому стані, однак цей порядок зберігається для наступного шару сусідів гірше, а надалі зовсім зникає. Ближній порядок у рідинах характеризують радіальною кореляційною функцією.

Молекули рідин здебільшого коливаються навколо тимчасового положення рівноваги, яке утворюється завдяки взаємодії з іншими молекулами. Для рідин потенціальна енергія взаємодії молекули з сусідами більша, ніж кінетична енергія теплового руху. Однак рідини характеризуються також високим коефіцієнтом самодифузії - з часом кожна молекула віддаляється від свого початкового положення. Середній квадрат зміщення від початкового положення молекули пропорційний часу.

Структура рідин. Завдяки взаємодії молекули в рідині розташовані не зовсім хаотично. Для характеристики взаємного положення молекул використовується поняття радіальної функції розподілу, яка пропорційна ймовірністі того, що на певній віддалі від якоїсь довільно-вибраної молекули, перебуватиме інша молекула. Для ідеального газу радіальна функція розподілу не залежить від віддалі і всюди дорівноє одиниці - рух молекул газу нескорельований, ймовірність знайти іншу молекулу на певній віддалі однакова. Для кристалу така функція розподілу складається із виразних максимумів, висота яких практично не зменшується з віддаллю. В кристалах зберігається далекий порядок. В рідинах радіальна функція розподілу має кілька максимумів, висота яких зменшується з віддаллю і через кілька середніх міжмолекулярних віддалей стає рівною одиниці. В рідинах зберігається ближній порядок, і не зберігається дальній порядок.