Основы молекулярной физики
1. Основные положения молекулярно–кинетической теории.
2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.
3. Идеальный газ и его законы.
Основные положения молекулярно–кинетической теории
Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.
Фундаментом молекулярно-кинетической теории (МКТ) является гипотеза, что все тела в природе состоят из мельчайших структурных единиц - атомов и молекул (комбинаций атомов).
В основе молекулярно-кинетической теории лежат основные положения:
1. Вещество состоит из атомов (молекул).
Современные приборы позволяют наблюдать изображения отдельных атомов и молекул. С помощью электронного микроскопа или ионного проектора (микроскопа) можно получить изображения отдельных атомов и оценить их размеры.
2. Атомы (молекулы) вещества находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении.
Наиболее яркое доказательство - броуновское движение (Р. Броун, 1827 г.) мелких частиц, взвешенных в жидкости, происходящее из-за непрерывных беспорядочных соударений этих частиц с молекулами жидкости. Другой простой экспериментальный факт, доказывающий тепловое движение атомов вещества, - диффузия.
3. Между атомами (молекулами) вещества действуют силы притяжения и отталкивания, зависящие от расстояния между частицами.
4. Характер теплового движения молекул зависит от того, в каком агрегатном состоянии (твердом, жидком или газообразном) находится вещество.
Газы могут неограниченно расширяться, занимая любой предоставленный им объем. Молекулы в жидкости расположены достаточно близко друг к другу, так что при попытке сжатия жидкости возникают большие силы отталкивания. Отсюда малая сжимаемость жидкостей. С другой стороны, всякая внешняя сила заставляет молекулы жидкости перемещаться, что объясняет текучесть жидкости. В твердом теле атомы или молекулы могут лишь колебаться вокруг определенных положений равновесия. Поэтому твердые тела сохраняют и форму, и объем.
Основные положения подтверждаются экспериментально и теоретически.
По определению массу молекулы (атома) любого вещества m0 относят к 1/12 массы атома углерода m0C и называют относительной атомной массой Mотн.
Введем понятие количества вещества. Если измерять его числом атомов (молекул), то получающиеся цифры настолько велики, что ими неудобно оперировать. Поэтому вводят единицу количества вещества - моль.
Один моль равен количеству вещества, в котором содержится столько же атомов, сколько их содержится в 0,012 кг чистого углерода. Таким образом, число атомов в одном моле всех веществ одинаково. Оно называется числом Авогадро: .
Количество вещества равно отношению числа атомов (молекул) этого вещества к числу Авогадро:
.
Единица размерности ν - моль.
Молярная масса M равна массе вещества, взятого в количестве одного моля. Единица размерности M - кг/моль.
Количество вещества (в молях) равно .
Простейшей моделью молекулярно-кинетической теории является модель идеального газа.