Молекулярная физика. Основные положения МКТ

Тема урока. Основные положения Молекулярно-кинетической теории (МКТ)
1. Молекулярная физика
Молекулярная физика – раздел физики, изучающий природу тепловых явлений на основании внутреннего строения вещества.

Еще задолго до нашей эры, в период расцвета древних культур, возникло учение о мельчайших частицах, из которых построено любое вещество.
Одна из древнеиндийских философских школ учила, что вечные части вселенной состоят из четырех элементов: воды, земли, огня и воздуха. Частички этих элементов вечны и несотворимы, они непротяжённы, и в то же время их разнородная природа составляет причину протяжённости возникающих соединений этих частичек.

Древнегреческие философы Анаксагор и Демокрит (в IV веке до нашей эры)
считали, что любое вещество состоит из мельчайших неделимых частиц.

СОЗДАТЕЛИ АТОМНОЙ ТЕОРИИ
Джон Дмитрий
Дальтон Менделеев
Амедео Эрнест
Авогадро Резерфорд

Этим вращательным движением Ломоносов объяснил тепловые явления. Он утверждал, что «должна существовать наибольшая степень холода, состоящая в полном покое частичек, в полном отсутствии вращательного движения их», т. е. должен существовать абсолютный нуль температуры. Сохранились собственноручные рисунки Ломоносова, на которых молекулы изображены в виде зубчатых колес.
Большой шаг вперед в развитии молекулярно-кинетической теории был сделан великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым в середине XVIII в. Ломоносов сформулировал молекулярную гипотезу, основные черты которой весьма близки к современным воззрениям.
Согласно Ломоносову, частицы вещества, атомы или корпускулы — это шарики с шероховатыми поверхностями. Шарики беспорядочно двигаются, сталкиваются между собой и благодаря шероховатым поверхностям получают при столкновениях вращательное движение.

Макроскопические тела (от греч. «макрос» – большой) - это все тела, которые нас окружают: дома, машины, вода в стакане, вода в океане и т.д. При макроскопическом подходе к изучению тел нас интересуют сами тела: их размеры, объёмы, массы, энергии и т.д.
При микроскопическом подходе нас тоже интересуют размеры, объём, масса, энергия и т. д. Однако уже не самих тел, а тех частиц, из которых они состоят: молекул, ионов и атомов.
МКТ объясняет явления и свойства тел с точки зрения их микроскопического строения.
Микро- и макропараметры

Все вещества состоят из молекул и атомов. Молекула – наименьшая электронейтральная частица вещества, сохраняющая его свойства.
Молекулы и атомы всех веществ находятся в непрерывном хаотическом движении, называемом тепловым. Интенсивность этого движения возрастает с повышением температуры.
Молекулы (атомы) взаимодействуют между собой. Между ними действуют силы притяжения и отталкивания.
Основные положения МКТ
В основе МКТ лежат три утверждения:

ПЕРВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, атомов, ионов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

ОПЫТНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ
I положение
1. Дробление вещества
2. Испарение жидкостей
3. Расширение тел при нагревании

ВТОРОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
Траектория одной частицы
Движение Движение
молекул молекул
газа твердых тел

ОПЫТНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ
II положение
1. Диффузия – перемешивание молекул
разных веществ
2.Броуновское движение – движение взвешенных в жидкости частиц

ТРЕТЬЕ ПОЛОЖЕНИЕ
Частицы взаимодействуют
друг с другом силами,
имеющими электрическую
природу. Гравитационное
взаимодействие между
частицами пренебрежимо
мало

ОПЫТНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ
III положение
Силы упругости
Прилипание свинцовых цилиндров
Смачивание
Поверхностное натяжение

Молекула — мельчайшая устойчивая частица вещества, сохраняющая его основные химические свойства.
Молекулы, образующие данное вещество, совершенно одинаковы; различные вещества состоят из различных молекул. В природе существует чрезвычайно большое количество различных молекул.
Молекулы состоят из более мелких частиц — атомов.
Масса и размеры атомов и молекул
Атомы — мельчайшие частицы химического элемента, сохраняющие его химические свойства.
Число различных атомов сравнительно невелико и равно числу химических элементов (116) и их изотопов (около 1500).
Атомы представляют собой весьма сложные образования, но классическая MKT использует модель атомов в виде твердых неделимых частичек сферической формы.

ОЦЕНКА РАЗМЕРОВ МОЛЕКУЛ

Масса произвольного атома может быть выражена в атомных единицах массы или в килограммах:
1 а.е.м. =
Относительная атомная масса почти совпадает с числом нуклонов в его ядре: Ar ≈ A. (A = Z + N)
Относительная атомная масса Ar – это отношение массы атома к 1/12 массы атома Карбона (углерода) mc
Относительная молекулярная масса Mr – это отношение массы молекулы к 1/12 массы атома Карбона (углерода) mc

Количеством вещества ν называется физическая величина, определяющая число молекул (или атомов, ионов) в данном теле.
в СИ = моль
Количество вещества
Поскольку число молекул в макроскопических телах очень велико, в расчётах используется не абсолютное, а относительное число молекул.

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА
Для определения количества вещества в теле сравнивают число молекул (атомов) в нём с числом атомов в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода .
Единицей количества вещества в СИ является моль.
Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода

Количество вещества
В единице массы, 1 килограмме вещества, находится разное количество структурных единиц – атомов, молекул. Зависит это количество частиц от рода вещества.
А в единице количества вещества - 1 моле, находится
одинаковое количество частиц.
1 кг
Алюминий
1 кг
Золото
1 кг
Лед
N=2,2⋅1025 атомов
N=3⋅1024 атомов
N=3,3⋅1025 молекул
N = 6⋅1023 атомов
N = 6⋅1023 атомов
N = 6⋅1023 молекул
Алюминий
Золото
Лед
1 моль
1 моль
1 моль

МОЛЯРНАЯ МАССА
Моль - это 6 ·10²³ молекул вещества.
В одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул).
Это число называется постоянной Авогадро NA:
NA = 6·1023 моль–1
Количество вещества- это количество молей.

Физический смысл величин
Молярная масса – это масса одного моля.
Молярная масса разных веществ различна, т.к. неодинаковы сами молекулы.
Молярную массу находят по таблице Менделеева, зная химическую формулу вещества.

Молярная масса
Масса вещества m связана с его молярной массой M и количеством вещества ν формулой m = M ν.
Единица молярной массы в СИ – килограмм на моль (кг/моль), M = Mr∙10-3 кг/моль
Так, молекулярная масса углекислого газа Mr C = 44, молярная MC = 44·10 -3 кг/моль.
Зная массу вещества и его молярную массу М, можно найти число молей (количество вещества) в теле:
ν = m / M .

ФОРМУЛЫ

Молекулярная масса

МАССА МОЛЕКУЛЫ
m0 – масса молекулы
М – молярная масса
NА – число Авогадро

Некоторые физические величины

ЗАДАЧИ
1. Рассчитать массу молекулы Н2SО4.
М(Н2SО4) = 2·1 + 32 + 16·4 = 98 г/моль

ЗАДАЧИ
2. Сколько молекул содержится в 50г Аℓ?
М(Аℓ) = 27г/моль
N = νNA ν = m/M
ν = 50г:27г/моль = 1,85моль
N = 1,85·6·10²³ = 11·10²³