Молекулярно-кинетическая теория (статистика) и термодинамика. Предмет и методы изучения.

Молекулярно-кинетическая теория (статистика) и термодинамика

Молекулярная физика представляет собой раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из так называемых молекулярно-кинетических представлений. Согласно этим представлениям, любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из большого количества весьма малых обособленных частиц – молекул . Молекулы всякого вещества находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления движении. Его интенсивность зависит от температуры вещества.

Непосредственным доказательством существования хаотического движения молекул служит броуновское движение.

Молекулярно-кинетическая теория ставит себе целью истолковать те свойства тел, которые непосредственно наблюдаются на опыте (давление, температуру и т. п.), как суммарный результат действия молекул. При этом она пользуется статистическим методом, интересуясь не движением отдельных молекул, а лишь такими средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда другое ее название – статистическая физика.

Изучением различных свойств тел и изменений состояния вещества занимается также термодинамика. Однако в отличие от молекулярно-кинетической теории термодинамика изучает макроскопические свойства тел и явлений природы, не интересуясь их микроскопической картиной. Не вводя в рассмотрение молекулы и атомы, не входя в микроскопическое рассмотрение процессов, термодинамика позволяет делать целый ряд выводов относительно их протекания. В основе термодинамики лежит несколько фундаментальных законов (называемых началами термодинамики), установленных на основании обобщения большой совокупности опытных фактов. В силу этого выводы термодинамики имеют весьма общий характер.

Подходя к рассмотрению изменений состояния вещества с различных точек зрения, термодинамика и молекулярно-кинетическая теория взаимно дополняют друг друга, образуя по существу одно целое. Обращаясь к истории развития молекулярно-кинетических представлений, следует прежде всего отметить, что представления об атомистическом строении вещества были высказаны еще древними греками. Однако у древних греков эти идеи были не более чем гениальной догадкой. В XVII в. атомистика возрождается вновь, но уже не как догадка, а как научная гипотеза. Во второй половине XIX в. и в начале XX в. благодаря трудам ряда ученых атомистика превратилась в научную теорию.

Масса и размеры молекул

Атомным весом (А) химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к 1/12 массы атома С. Молекулярным весом (М) вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома С¹².атомный и молекулярный веса – безразмерные величины.

Единица массы, равная 1/12 массы атома С, сокращенно обозначается русской аббревиатурой «ед» Поэтому величина этой единицы, выраженная в килограммах, обозначается как m ед. Тогда масса атома, выраженная в килограммах, равна A m ед, а масса молекулы М m ед.

Понятно, что два химически простых вещества, взятых в таких количествах, что их массы m₁ и m₂ относятся как атомные веса А₁ и A₂, будут содержать по одинаковому числу атомов. Такое количество данного элемента, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его атомному весу, называют килограмм – атомом. Такое количество данного вещества, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его молекулярному весу, называется килограмм-молекулой или кратко киломолем (обозначается кмоль).

Масса киломоля( буква мю) численно равна молекулярному весу М. Это служит причиной того, что  иногда называют молекулярным весом. Однако следует иметь в виду, что, в то время как М – величина безразмерная, масса киломоля  имеет размерность кг/кмоль. Поскольку массы килограмм-молекул относятся как соответствующие молекулярные веса, киломоли всех веществ содержат одно и то же число молекул,

Число N_A называется числом Авогадро. N_A = 6,02310²⁶ кмоль^-1.

Теперь можно оценить размеров атомов. Естественно предположить, что в твердых телах атомы располагаются довольно близко друг к другу. Поэтому приближенную оценку объема одного атома можно получить, разделив объем киломоля кристалла, например железа, на число атомов в киломоле N_A.