Основные положения молекулярно-кинетической теории. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул.

 

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории.

«Механика» изучает движение тел, но она не в состоянии объяснить, почему существуют твердые, жидкие и газообразные тела и почему эти тела могут переходить из одного состояния в другое.

Исследование внутренних свойств тел не входит в задачу механики. В механике говорят о силах, как о причинах изменения скоростей тел, но происхождение и природа этих сил не выясняется. Остается непонятным, почему при сжатии тел возникают силы упругости, почему возникают силы трения. На эти и многие другие вопросы механика Ньютона ответов не дает.

Чтобы получить ответы на эти вопросы, мы начинаем изучение раздела «молекулярная физика»

1. Основные положения МКТ:

1) Все вещества состоят из молекул, между которыми существуют промежутки.

2) Молекулы находятся в непрерывном и хаотическом движении.

3) Между молекулами на небольших расстояниях действуют силы притяжения и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

      

2. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества.

 Все эти положения были доказаны и подтверждены с помощью опытов.

   I положение: были определены размеры и массы молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая свойства этого вещества и способная к самостоятельному существованию.

  II положение: Диффузией называется – перемешивание газов, жидкостей и твердых тел при непосредственном контакте. Движение молекул доказывает и тот факт, что газ занимает весь предоставленный ему объем. Различные жидкости легко смешиваются. К числу опытных доказательств того, что молекулы движутся - относится и явление, которое в 1827 году наблюдал английский ботаник Броун (споры плауна в жидкости).

Опыт: краска в жидкости (мелкие частицы краски беспорядочно перемещаются из одного места в другое, более крупные лишь колеблются).

Броуновское движение объясняется тем, что молекулы жидкости ударяются о частички краски, приводя их тем самым в движение.

 III положение: попробуйте сломать толстую палку. Это сделать трудно. Палка состоит из молекул, и если бы между ними не было сил притяжения, то палка рассыпалась бы. И вообще все вещества в природе находились бы только в газообразном состоянии. Но т.к. есть еще жидкости и твердые тела, следовательно, между молекулами существуют силы притяжения. Но кроме притяжения на близких расстояниях возникают силы отталкивания. Почему?

 

Молекулы состоят атомов, атом - из атомного ядра и электронов. Ядро заряжено положительно, электроны – отрицательно, в целом молекула нейтральна. На больших расстояниях между ними не действуют никакие силы. Пример: газы, они занимают весь представленный объем.

При сближении молекул между ними начинают действовать силы притяжения, которые возникают между электронами одной молекулы и ядром другой. При еще большем сближении на расстояние меньше радиусов молекул, когда электронные оболочки атомов начинают перекрываться, возникают силы отталкивания, которые быстро нарастают и превышают силы притяжения. Таким образом, силы взаимодействия молекул зависят от расстояния между ними.

 

3. Опыт Штерна.

Хаотическое движение молекул – это движение тепловое, т.е. при нагревании тела, скорость движения молекул увеличивается.

Скорость движения молекул была вычислена экспериментально в опыте Штерна (1920г).

Прибор состоит из двух концентрических цилиндров А и В, жестко связанных друг с другом. Цилиндры могут вращаться с постоянной угловой скоростью. Вдоль оси малого цилиндра натянута тонкая платиновая проволочка О,

покрытая слоем серебра. По этой проволочке пропускают электрический ток. В стенке цилиндра А имеется узкая щель. Воздух из цилиндров откачан.

Вначале прибор неподвижен. При прохождении тока по нити слой серебра испаряется и внутренний цилиндр заполняется газом из атомов серебра. Некоторые атомы пролетают через щель и осаждаются на внутренней поверхности цилиндра В. В результате прямо против щели образуется узкая полоска серебра М. Затем цилиндры приводят во вращение с угловой скоростью ω. Теперь за время t, необходимое атому для прохождения пути, равного разности радиусов цилиндров r_В – r_А, цилиндры повернутся на некоторый угол. В результате атомы попадут на внутреннюю поверхность цилиндра В не прямо против щели, а на некотором расстоянии ℓ. Это расстояние равно:           ℓ = ω ּ r_В ּ t

Скорость атома                    υ =

Подставляя в эту формулу значение t из первой формулы получим:

υ =

Зная ω, r_А, r_В, и измеряя смещение ℓ находят среднюю скорость атомов серебра. В опыте Штерна она оказалась близкой к 500 м / с.

4. Масса и размеры молекул

Экспериментальным подтверждением первого положения МКТ было определение размеров молекул.

Опыт (масло на поверхности воды никогда не займет всей поверхности, предполагают, что оно расплылось

слоем толщиной в 1 молекул. Объем масла:                             V=S · d        d = 4 · 10^{-9 м}

В настоящее время существует ряд методов, позволяющих измерять размеры молекул и атомов, которые приблизительно одинаковы для молекул каждого вещества. Например, размеры молекул кислорода составляют примерно 3∙10^{-10 м, воды – около 2,6∙10-10 м.}

Молекулы и атомы очень малы, что представить себе их размеры можно только путем сравнений. Например, атом железа во столько же раз меньше грецкого ореха, во сколько раз орех меньше Луны.

Как ни мала атомы и молекулы их массы измерены довольно точно

Массы их очень малы. Например, масса молекулы кислорода равна 53,5∙10^{-27 кг, водорода – 3,34∙10-27 кг. На практике пользоваться такими числами неудобно. Их трудно запомнить и производить над ними арифметические действия. Поэтому удобно использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а относительные. Относительная молекулярная масса измеряется в атомных единицах массы:}

1 а..е.м. = 1,66 · 10^{-27 кг}

По международному соглашению массы всех атомов молекул сравнивают с  массы атома углерода. Относительной молекулярной массой называют отношение массы молекулы или атома вещества к  массы атома углерода:

 

  где m₀ – масса молекулы; 

         - масса атома углерода

Относительные атомные массы элементов представлены в периодической таблице Менделеева.

Следующее понятие, с которым мы познакомимся, это количество вещества ν выражается оно в молях.

Моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько их содержится в 0,012 кг углерода.

1 моль любого вещества содержит одинаковое количество атомов или молекул. Количество молекул в одном моле вещества называется постоянной Авогадро в честь итальянского ученого XIX в. и обозначается N_А

N_А = 6,02 · 10²³ моль^-1

Используя N_А  можно выразить количество вещества:

ν =    [моль]             [1]

Количество вещества равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро. Вместе с относительной молекулярной массой используется молярная масса – это масса вещества взятого в количестве одного моля:

М= m_0·N_А                                [2]

 

М=М_r· 10^-3 (кг/моль)

 

 

Масса любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле:

m = m₀N,   

а N =                                  [3]

а из формулы  [2 ]   выразим N_А= ; 

Подставим значения N и  N_a в формулу [1 ]

ν

ν

Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе.

Число молекул из формулы [1]:                  

N = ν =

 

 

Вопросы для самоконтроля и повторения

Вопросы для самоконтроля и повторения

1. Назовите основные положения МКТ.

2. Какие опыты доказывают первое положение? второе? третье?

3. Что называется молекулой?

4. Что такое диффузия?

5. Какое движение называется броуновским?

6. Что называют относительной молекулярной массой?

7. Что такое молярная масса?

8. Чему равно количество вещества?

9. Как определить число молекул вещества?

 

Тема:

Предыдущая1234567891011Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: