Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ)
Основные положения
1. Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов), разделенных промежутками.
Доказательства:
- фотографии атомов и молекул, сделанные с помощью электронного микроскопа;
- возможность механического дробления вещества, растворение вещества в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.
2. Частицы всех веществ беспорядочно и хаотично движутся.
Доказательства:
- диффузия – явление взаимного проникновения частиц одного вещества между частицами другого вещества вследствие их теплового движения.
- броуновское движение мелких, инородных, взвешенных в жидкости частиц под действием не скомпенсированных ударов молекул.
3. Частицы всех веществ взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания (природа сил носит электромагнитный характер).
Доказательства:
- сохранение формы твердыми телам, для их разрыва необходимо усилие;
- жидкие и твердые тела трудно сжимаемы;
- капли жидкости, помещенные в непосредственной близости друг от друга, сливаются;
- явления смачивания и несмачивания.
График зависимости силы взаимодействия двух молекул от расстояния между ними.
- сила взаимодействия молекул, r – расстояние между их центрами.
- сила отталкивания, положительная. r0
- сила притяжения, отрицательная. r < r0
На расстоянии 
результирующая сила =0,
т.е. силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг
друга. Поэтому расстояние 
соответствует равновесному
расстоянию между молекулами.
r > r0
Основные понятия. .
Атом – мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.
Молекула – наименьшая частица химического соединения, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из двух или нескольких атомов.
Ион – атом или молекула, которые потеряли или присоединили один или несколько электронов.
m0– масса молекулы, m0 ~ 10 -26– 10-27 кг.
d0– диаметр молекулы, d0~ 10-10 м.
υ0– скорость молекулы, υ0~ 200 – 2000 м/с.
Связи физических величин
| Величина | Единица | Формула |
| Моль – количество вещества, содержащее одно и то же число частиц, названное постоянной Авогадро | NА=6,022 · 1023моль-1 | |
| Молярная масса – масса вещества, взятого в количестве 1 моль Мr – относительная атомная масса |
|
 , 
|
| Количество вещества | моль |  , 
|
| N-число молекул (атомов) |  , 
| |
| m-масса вещества | кг |  , 
|
| Масса молекулы (атома) | кг |  ,  ,  
|
| Концентрация частиц – число частиц в единичном объеме | 
| 
|
| Плотность вещества – масса приходящаяся на единицу объема, V0 – объем молекулы (атома) | 
|  ,  , 
|
| Температура по шкале Кельвина | К | 
|
| Средняя кинетическая энергия поступательного движения частицы | Дж |  , 
|
| Среднее значение квадрата скорости движения частиц | 
| 
|
| Средняя квадратичная скорость | 
|  ,  , 
|
| Давление идеального газа (основное уравнение МКТ идеального газа) | Па |  ,  ,  , 
|
Замечание:
-молярная масса воздуха М= 
кг/моль;
-для двухатомных газов (О2, Н2, N2, Сl2) молярная масса М= Мr · 
кг/моль.
Постоянная Больцмана 
;
Универсальная газовая постоянная 
, 
.
Агрегатные состояния вещества.
| Газы | Жидкости | Твердые тела | |
| Свойства. | Занимают весь предо- ставленный объем. Не сохраняют форму. Легко сжимаются. | Сохраняют объем. Обладают свойством текучести. Принимают форму сосуда. | Сохраняют форму и объем. |
| Расположе- ние молекул. | Нет порядка в расположении молекул. Расстояние между молекулами гораздо больше размеров молекул. | Упорядоченное распо- ложение ближайших соседних молекул (ближний порядок). Расстояние между молекулами сравнимо с их размерами. | В кристаллических твердых телах молекулы располагаются в определенном порядке (дальний порядок). Расстояние между молекулами порядка размеров молекул. |
| Силы взаимодействия. | Fприт= 0 и Fотталт= 0 | Fпр<Fот внутри жидкости Fпр >Fот поверх. слой | Fпр ≈ Fот |
| Движение молекул. | Молекулы свободно движутся во всех направлениях, столк-новения относительно редки. | Молекулы колеблются вблизи положений равновесия, время от времени переходя в соседнее положение равновесия. | Молекулы колеблются вблизи положений равновесия, что обуславливает сохранение формы. |
| Энергия молекул. | Кинетическая энергия теплового движения молекул много больше потенциальной энергии их взаимодействия. 
| Кинетическая энергия теплового движения молекул сравнима с потенциальной энергией их взаимодействия.
| Потенциальная энергия взаимодействия молекул много больше кинетической энергии их теплового движения.
|
Твердые тела
| Кристаллические | Аморфные | |
| Атомы (молекулы) расположены в строго определенном порядке, не меняющемся во всем объеме кристалла (соль, лед, кварц, медь). | Отсутствует дальний порядок в расположении молекул (стекло, смолы). | |
| Проявляют упругость при механических воздействиях, как кратковременных, так и длительных. Тпл. = const | При кратковременных механических воздействиях проявляют упругие свойства, при длительных воздействиях текучи (проявляют свойства жидкостей). | |
| Обладают определенной температурой плавления Tпл. При T < Tпл тело останется твердым, при T > Tпл становится жидким. | Нет определенной температуры плавления. Переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно – вещество размягчается, растет текучесть. | |
| Монокристаллы | Поликристаллы | Изотропны. |
| Состоят из одиночных кристаллов (алмаз, турмалин). Анизотропны. | Состоят из множества одиночных кристаллов (металлы, сахар-рафинад) Изотропны. |
Анизотропия – зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления в кристалле.
Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления в кристалле.
Экспериментальное определение скоростей молекул.
Опыт Штерна (1920г) – измерена скорость движения молекул серебра. В середине двух цилиндров находится платиновая проволока, покрытая серебром, по которой протекает электрический ток. Атомы серебра, испаряясь, оседают в виде полосок на
внутренней поверхности второго цилиндра:
- без вращения внешнего цилиндра в области точки М0;
- при вращении в области точки М, образуя более широкую
полоску.
Тогда 
, но 
, поэтому 
Выводы: наблюдаемое в опыте размытие полосок, говорит о различных скоростях атомов серебра при данной температуре. Атомы, движущиеся медленно, смещаются больше, чем атомы, движущиеся быстро. Толщина слоя серебра зависит от места конденсации атомов, а значит число атомов в этом месте зависит от их скорости. Результаты опыта подтвердили теоретические выкладки.
Идеальный газ.
Идеальный газ – молекулярно-кинетическая модель газа, в которой пренебрегают размерами молекул газа и потенциальной энергией их взаимодействия.
Давление газа в МКТ обусловлено ударами молекул о стенки сосуда. Это давление зависит от числа ударившихся молекул и температуры газа.
Термодинамическая система (ТДС) – любое макроскопическое тело или система тел. ТДС при неизменных условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Термодинамическое равновесие – это состояние, при котором все макроскопические параметры (параметры, описывающие поведение большого числа молекул) сколь угодно долго остаются неизменными.
Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, существующих в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и то же значение. При описании физических законов используют шкалу Кельвина.
Абсолютная температура измеряется в кельвинах (К). Она является мерой средней кинетической энергии движения молекул. 10С = 1 К Δt = ΔТ
Абсолютный нуль температуры (T = 0 К) – значение температуры, соответствующе 
ниже нуля температуры по шкале Цельсия. Абсолютный ноль недостижим, так как в этом случае скорость теплового движения молекул равна нулю, чего не может быть.
Нормальные условия: t = 
, Т=273 К, ратм = 105 Па = 1 атм.
Параметры газа p,V,T.
p – давление
| V – объем
-прямоугольный сосуд:
-цилиндрический сосуд:
| Т – температура газа
  для 1-ой
 молекулы
 , 
|
Уравнение состояния идеального газа.
| Уравнение Клапейрона (для данного газа при m = const) связывает несколько состояний газа. Уравнение Менделеева- Клапейрона | 
| Для смеси газов:
  - закон Дальтона (давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа в отдельности в объеме V).
|
описывает одно состояние
Газовые законы.
Изобарный процесс. Закон Гей- Люссака: для газа постоянной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.
 , 
 V 1
Р2 > Р1
T
| Изохорный процесс.
Закон Шарля: для газа постоянной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не изменяется.
 , 
 P 1
2 V2 > V1
0 T
| Изотермический процесс.
Закон Бойля-Мариотта: для газа постоянной массы произведение давления на объем остается постоянным, если температура газа не изменяется.
 , 
 P
 2 T2 > T1
V
|
Взаимные превращения жидкостей.
Парообразование – процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное.
Конденсация – процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.