В основе молекулярно кинетической теории лежат три положения что лишнее

В основе молекулярно кинетической теории лежат три положения что лишнее

Молекулярная физика и термодинамика – это по существу две разные по своим подходам, но тесно связанные науки, занимающиеся одним и тем же – изучением макроскопических свойств физических систем, но совершенно разными методами.

В основе молекулярной физики или молекулярно-кинетической теории лежат определенные представления о строении вещества. Для установления законов поведения макроскопических систем, состоящих из огромного числа частиц, в молекулярной физике используются различные модели вещества, например, модели идеального газа.

Молекулярная физика является статистической теорией, т. е. теорией, которая рассматривает поведение систем, состоящих из огромного числа частиц (атомов, молекул), на основе вероятностных моделей. Она стремится на основе статистического подхода установить связь между экспериментально измеренными макроскопическими величинами (давление, объем, температура и т.д.) и микроскопическими характеристиками частиц, входящих в состав системы (масса, импульс, энергия и т.д.).

Оба подхода – термодинамический и статистический – не противоречат, а дополняют друг друга. Только совместное использование термодинамики и молекулярно-кинетической теории может дать наиболее полное представление о свойствах систем, состоящих из большого числа частиц.

Молекулярно-кинетическая теория

3.1. Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. 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.

Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

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

Значительно медленнее протекают подобные процессы в жидкостях. Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях.

В реальных условиях диффузия в жидкостях и газах маскируется более быстрыми процессами перемешивания, например, из-за возникновения конвекционных потоков.

Наиболее медленно процесс диффузии протекает в твердых телах. Однако, опыты показывают, что при контакте хорошо очищенных поверхностей двух металлов через длительное время в каждом из них обнаруживается атомы другого металла.

Диффузия и броуновское движение – родственные явления. Взаимопроникновение соприкасающихся веществ друг в друга и беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходят вследствие хаотичного теплового движения молекул.

В твердых телах молекулы совершают беспорядочные колебания около фиксированных центров (положений равновесия). Эти центры могут быть расположены в пространстве нерегулярным образом ( аморфные тела ) или образовывать упорядоченные объемные структуры ( кристаллические тела ) (см. §3.6).

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в углерода 12 C. Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро :

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.

Количество вещества определяется как отношение числа частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро :

За единицу массы атомов и молекул принимается массы атома изотопа углерода 12 C (с массовым числом ). Она называется атомной единицей массы ():

Источник

Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Траектория броуновской частицы

Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном в 1827 г. Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую. Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г. Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Ж. Перрена, проведенных в 1908–1911 гг.
Главный вывод теории А. Эйнштейна состоит в том, что квадрат смещения броуновской частицы от начального положения, усредненный по многим броуновским частицам, пропорционален времени наблюдения t.
= Dt.
Это соотношение выражает так называемый диффузионный закон. Как следует из теории коэффициент пропорциональности D монотонно возрастает с увеличением температуры.
Постоянное хаотичное движение молекул вещества проявляется также в другом легко наблюдаемом явлении – диффузии. Диффузией называется явление проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга. Наиболее быстро процесс протекает в газе, если он неоднороден по составу. Диффузия приводит к образованию однородной смеси независимо от плотности компонентов. Так, если в двух частях сосуда, разделенных перегородкой, находятся кислород O2 и водород H2, то после удаления перегородки начинается процесс взаимопроникновения газов друг в друга, приводящий к образованию взрывоопасной смеси – гремучего газа. Этот процесс идет и в том случае, когда легкий газ (водород) находится в верхней половине сосуда, а более тяжелый (вислород) – в нижней.
Диффузия и броуновское движение – родственные явления. Взаимопроникновение соприкасающихся веществ друг в друга и беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходят вследствие хаотичного теплового движения молекул.

Источник

Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. 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.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

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

Траектория броуновской частицы

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе. Оно было открыто английским ботаником Робертом Броуном в 1827 г. Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую (рис. 3.1.1). Теория броуновского движения была создана А.Эйнштейном в 1905 г. Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Жана Перрена, проведенных в 1908–1911 гг.

Главный вывод теории А. Эйнштейна состоит в том, что квадрат смещения 2 > броуновской частицы от начального положения, усредненный по многим броуновским частицам, пропорционален времени наблюдения t.

Это соотношение выражает так называемый диффузионный закон. Как следует из теории коэффициент пропорциональности D монотонно возрастает с увеличением температуры.

Постоянное хаотичное движение молекул вещества проявляется также в другом легко наблюдаемом явлении – диффузии. Диффузией называется явление проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга. Наиболее быстро процесс протекает в газе, если он неоднороден по составу. Диффузия приводит к образованию однородной смеси независимо от плотности компонентов. Так, если в двух частях сосуда, разделенных перегородкой, находятся кислород O₂ и водород H₂, то после удаления перегородки начинается процесс взаимопроникновения газов друг в друга, приводящий к образованию взрывоопасной смеси – гремучего газа. Этот процесс идет и в том случае, когда легкий газ (водород) находится в верхней половине сосуда, а более тяжелый (вислород) – в нижней.

Значительно медленнее протекают подобные процессы в жидкостях. Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях.

В реальных условиях диффузия в жидкостях и газах маскируется более быстрыми процессами перемешивания, например, из-за возникновения конвекционных потоков.

Наиболее медленно процесс диффузии протекает в твердых телах. Однако, опыты показывают, что при контакте хорошо очищенных поверхностей двух металлов через длительное время в каждом из них обнаруживается атомы другого металла.

Диффузия и броуновское движение – родственные явления. Взаимопроникновение соприкасающихся веществ друг в друга и беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходят вследствие хаотичного теплового движения молекул.

Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды. Если расстояние между молекулами достаточно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания. Зависимости результирующей силы F и потенциальной энергии E_р взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами качественно изображены на рис. 3.1.2. При некотором расстоянии r = r₀ сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы. Потенциальная энергия взаимодействия при r = r₀ минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r₀, нужно сообщить им дополнительную энергию E₀. Величина E₀ называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи.

Сила взаимодействия F и потенциальная энергия взаимодействия E_р двух молекул. F > 0 – сила отталкивания, F –10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше.

Беспорядочное хаотическое движение молекул называется тепловым движением. Кинетическая энергия теплового движения растет с возрастанием температуры. При низких температурах средняя кинетическая энергия молекулы может оказаться меньше глубины потенциальной ямы E₀. В этом случае молекулы конденсируются в жидкое или твердое вещество; при этом среднее расстояние между молекулами будет приблизительно равно r₀. При повышении температуры средняя кинетическая энергия молекулы становится больше E₀, молекулы разлетаются, и образуется газообразное вещество.

В твердых телах молекулы совершают беспорядочные колебания около фиксированных центров (положений равновесия). Эти центры могут быть расположены в пространстве нерегулярным образом (аморфные тела) или образовывать упорядоченные объемные структуры (кристаллические тела).

В жидкостях молекулы имеют значительно большую свободу для теплового движения. Они не привязаны к определенным центрам и могут перемещаться по всему объему. Этим объясняется текучесть жидкостей. Близко расположенные молекулы жидкости также могут образовывать упорядоченные структуры, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком в отличие от дальнего порядка, характерного для кристаллических тел.

В газах расстояния между молекулами обычно значительно больше их размеров. Силы взаимодействия между молекулами на таких больших расстояниях малы, и каждая молекула движется вдоль прямой линии до очередного столкновения с другой молекулой или со стенкой сосуда. Среднее расстояние между молекулами воздуха при нормальных условиях порядка 10 –8 м, т. е. в десятки раз превышает размер молекул. Слабое взаимодействие между молекулами объясняет способность газов расширяться и заполнять весь объем сосуда. В пределе, когда взаимодействие стремится к нулю, мы приходим к представлению об идеальном газе.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12 C. Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро N_А:

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.

Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро N_А:

Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m₀ одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро:

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.

За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода 12 C (с массовым числом 12). Она называется атомной единицей массы (а. е. м.):

1 а. е. м. = 1,66·10 –27 кг.

Эта величина почти совпадает с массой протона или нейтрона. Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12 C называется относительной массой.

Источник

Основные положения молекулярно-кинетической теории

Урок 24. Физика 10 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Основные положения молекулярно-кинетической теории»

Изучая физику и химию в младших классах, вы узнали о том, что все вещества имеют дискретное строение, то есть они состоят из очень-очень маленьких частичек — атомов, молекул и ионов. Атомы и молекулы, взаимодействуя друг с другом, образуют разнообразные вещества. И если число частиц не велико (до нескольких десятков или сотен), то говорят о микросистеме. Однако мы с вами живём в макромире, состоящем из макроскопических тел (так принято называть тела, состоящие из огромного числа частиц). Краб и песчинка, море и маяк, Луна и человек — всё это примеры макроскопических тел.

В механике мы с вами изучали движения макроскопических тел под действием приложенных сил. Но происхождение этих сил не выясняли. Например, мы знаем, что при сжатии или растяжении тела в нём появляются силы упругости. Но почему они возникли? А почему возникают силы трения и силы сопротивления среды? Наконец, механика просто не в состоянии объяснить, почему существуют агрегатные состояния вещества. Ответы на эти и другие вопросы даёт нам молекулярно-кинетическая теория строения вещества (сокращённо МКТ), основы которой заложил Даниил Бернулли в 1738 году. А началом её становления послужила корпускулярно-кинетическая теория тепла, выдвинутая в середине XVIII века Михаилом Васильевичем Ломоносовым.

В основе современной молекулярно-кинетической теории лежат три важных и самых главных положения. Во-первых, все, абсолютно все вещества́ состоят из мельчайших частиц, разделённых между собой промежутками.

Этими частицами являются молекулы, атомы и ионы. Молекулой называется мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические, но не сохраняющая физические свойства.

Молекулы состоят из ещё более мелких частиц — атомов. Атом — это мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.

В свою очередь, и атомы представляют собой достаточно сложные образования. Но в классической молекулярно-кинетической теории мы их будем считать твёрдыми неделимыми частичками сферической формы.

Второе положение МКТ говорит нам о том, что все частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении.

А в третьем утверждается, что частицы в веществе связаны друг с другом силами молекулярного взаимодействия, которые в зависимости от расстояния являются силами притяжения или отталкивания.

Первое положение МКТ косвенно подтверждается явлениями сжимаемости и растворимости веществ. А также законом сохранения массы, сформулированным выдающимся русским учёным Михаилом Васильевичем Ломоносовым в 1755 году, законом простых объёмных отношений реагирующих газов, который в 1808 году открыл француз Жозеф-Луи Гей-Люссак, и законом кратных отношений, сформулированным в 1803 году английским учителем-самоучкой Джоном Дальтоном. Кстати, последний закон можно объяснить только на основе представлений о дискретном строении вещества.

Но самое главное доказательство существования мельчайших частиц и, в частности, атомов, было получено после изобретения в 1981 году сканирующего туннельного микроскопа. С его помощью были получены первые фотографии атомов вещества.

Принцип работы такого микроскопа достаточно простой. Очень острая игла (на её кончике буквально один атом) подводится к образцу на расстояние порядка 0,1 нм. При подаче на иглу относительно образца очень малого напряжения возникает туннельный ток (о нём мы с вами будем говорить позднее), величина которого зависит от расстояния образец — игла. Игла может, например, двигаться на фиксированной высоте над образцом. Прибор фиксирует изменение величины туннельного тока, и таким образом идёт построение топографии поверхности.

Второе и третье положения МКТ можно подтвердить таким явлением, как диффузия. Напомним, что диффузией называется самопроизвольное взаимное проникновение молекул соприкасающихся веществ.

Диффузия проявляется во всех телах. Например, в жидкостях её можно пронаблюдать на таком опыте. Аккуратно нальём в стакан с раствором медного купороса слой воды и оставим его в комнате с постоянной температурой. Через некоторое время мы заметим, как исчезнет резкая граница между слоями этих двух жидкостей. А через несколько дней они полностью перемешаются.

Как вы понимаете, массы различных атомов и молекул очень и очень малы. Следовательно, определить массу одной молекулы или атома путём обычного взвешивания просто невозможно. Поэтому при расчётах обычно используют не абсолютные, а относительные значения масс, получаемые путём сравнения масс атомов и молекул с атомной единицей массы. По международному соглашению за одну атомную массу принимается 1/12 массы атома чистого изотопа углерода 12 С:

1 а. е. м. = 1,66 ∙ 10 –27 кг.

В этом случае масса атома любого химического элемента выражается числом, очень близким к целому. Это число называется относительной молекулярной (или атомной) массой вещества. Оно равно отношению массы атома (или молекулы) данного вещества к атомной единице массы:

Относительные атомные массы всех химических элементов представлены в таблице Менделеева рядом с номером элемента.

Таким образом, зная химическую формулу вещества, можно приближённо посчитать его относительную молекулярную массу. Например, давайте с вами определим массу одной молекулы серной кислоты, химическая формула которой Н₂SО₄.

Для характеристики количества вещества в любом макроскопическом теле можно было бы использовать число молекул или атомов в нём. Но это число просто огромно. Например, в теле человека содержится

7 ∙ 10 27 атомов различных химических элементов. Поэтому в расчётах используется не абсолютное их число, а относительное. В СИ единицей количества вещества является моль.

Один моль — это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой двенадцать грамм.

Давайте с вами посчитаем, сколько же частиц содержится в одном моле чистого изотопа 12 С. Для этого разделим массу углерода, взятого в количестве одного моля, на массу одного атома углерода, выраженную в килограммах:

Именно столько частиц содержится в одном моле любого вещества. А полученное нами значение называется числом (или постоянной) Авога́дро, названной так в честь итальянского химика Амедео Авогадро, который первым предположил, что при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах идеальных газов содержится одинаковое число молекул.

Зная значение постоянной Авогадро, можно определить количество вещества (то есть число молей в данной порции вещества) как отношение числа молекул в веществе к числу Авогадро:

Тело, обладающее количеством вещества в один моль, имеет привычные для нас макроскопические размеры и массу.

Наряду с относительной молекулярной массой в физике и химии широко используется понятие молярной массы. Так принято называть массу вещества, взятого в количестве одного моля:

В записанном уравнении т₀ — это масса одной молекулы. Из формулы следует, что единицей измерения молярной массы в СИ является кг/моль.

Молярная и относительная молекулярная масса связаны между собой простым соотношением. Чтобы его найти, давайте сначала выразим из формулы относительной молекулярной массы массу одной молекулы вещества.

А затем подставим это выражение и выражение для числа Авогадро в формулу для молярной массы:

Очевидно, что если мы будем знать массу одной молекулы какого-либо вещества и число молекул в теле, то масса этого тела будет равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле:

Теперь давайте выразим из этой формулы число молекул:

А из определения молярной массы — число Авогадро:

И подставим эти выражения в формулу для количества вещества.

После небольших преобразований получим, что количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе. Именно такое определение количества вещества известно вам из курса химии.

Источник

• ← какое модельное агентство вы представляете что ответить на вопрос
• В просторечии верхняя часть чего либо 9 букв →