Молекулярная физика

Основные положения:

Раздел физики, изучающий зависимость строения и физических свойств тел от характера движения и взаимодействия между частицами, из которых состоят тела, называют молекулярной физикой.

Основные положения МКТ:

1. Все тела состоят из атомов (молекул).

2. Атомы и молекулы вещества находятся в непрерывном хаотичном движении, которое называют тепловым движением.

3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания.

Атомом называется наименьшая частица данного химического элемента. Каждому химическому элементу соответствует вполне определенные атомы, сохраняющие химические свойства данного элемента. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в поле ядра. Электрический заряд ядра равен абсолютной величине суммарного заряда всех электронов атома, поэтому атом является электрически нейтральным.

Молекулой называется наименьшая устойчивая частица данного вещества, обладающая его основными химическим свойствами. Молекула состоит из одного или нескольких атомов одинаковых или различных химических элементов. Атомы соединяются в молекулу за счет химических связей, основанных на различных взаимодействиях внешних (валентных) электронов. Молекула также электрически нейтральна.

Количеством вещества называется физическая величина, определяемая числом молекул, атомов или ионов, из которых состоит вещество. Единицей количества вещества является 1 моль. Число атомов, молекул или ионов, содержащихся в одном моле вещества, называется числом Авогадро. Na = 6.02 ·10²³ 1/моль. Такое количество вещества содержится в углероде массой 12 г.

Объем одного моля вещества называется молярным объемом, молярная масса – это масса одного моля вещества.

Размеры атома определяются тем расстоянием от центра, на котором находятся валентные электроны или внешние заполненные электронные оболочки атома.

Доказательством основных положений МКТ являются диффузия и броуновское движение.

Броуновское движение – тепловое движение взвешенных в газе или жидкости частиц. Английский ботаник Роберт Броун (1773 – 1858) в 1827 г. обнаружил беспорядочное движение видимых в микроскоп твердых частиц, находящихся в жидкости. Это движение не прекращается; с увеличением температуры его интенсивность растет. Броуновское движение – результат флуктуации давления (заметного отклонения от средней величины).

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии вместо реального газа используется его физическая модель - идеальный газ. В модели предполагается:

- расстояние между молекулами намного больше их диаметра;

- молекулы – упругие шарики;

- между молекулами не действуют силы притяжения;

- при соударении молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы отталкивания;

- движения молекул подчиняется законам механики.

Изотермический процесс – процесс изменения состояния газа при неизменной температуре для данной массы газа, подчиняется закону Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре давление газа изменяется обратно пропорционально объему. .

Изобарный процесс – процесс изменения данной массы газа при неизменном давлении, подчиняется закону Гей-Люссака: для данной массы газа при постоянном давлении объем газа изменяется линейно с температурой. .

Изохорный процесс– процесс изменения состояния газа данной массы при неизменном объеме, подчиняется закону Шарля: для данной массы газа при постоянном объеме давление газа изменяется линейно с температурой. , где γ – термический коэффициент давления газа.

Между термодинамической шкалой, или шкалой Кельвина, и шкалой по Цельсию существует связь: Т = t + 273.

Парциальным давлением газа, входящего в газовую смесь, называют давление, которое создавал бы этот газ, если бы он занимал весь объем, предоставленный смеси.

Закон Дальтона: давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех газов смеси: р = р₁ + р₂ + р₃… + р_n + …

Уравнение Менделеева-Клапейрона: .

Уравнение Клаузиуса: Давление газа прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема.

, где n – концентрация молекул, Е_k – средняя кинетическая энергия молекул. Одним из основных понятий в молекулярной физике является понятие температуры.

ТемператураТ – это мера содержащейся в теле теплоты, особой формы энергии, обусловленной тепловым движением молекул. Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул. Связь между температурой и средней кинетической энергией устанавливает уравнение Больцмана:

kT, где k – 1,38 ·10^-23 Дж/К.

Кельвин предложил принять температуру t = -273°C за абсолютный ноль новой шкалы температуры, называемой термодинамической шкалой Кельвина.Т = t + 273.

Прибор для измерения температуры – термометр основан на тепловом расширении тел (газов и жидкостей).

 

Контрольные вопросы:

1. Какими величинами (параметрами) характеризуется состояние газа?

2. Чем обуславливается давление газа на стенки сосуда?

3. Дайте определение абсолютной температуры.

4. Назвать основные положения МКТ.

3. Что называют парциальным давлением смеси газов?

4. Сформулируйте закон Дальтона.

5. Сформулируйте законы, которыми описываются изотермический, изобарный, изохорный процессы.

Выполните задания:

1. Объясните с точки зрения МКТ:

а) возможность сжатия тел под давлением;

б) невозможность бесконечного сжатия тел;

в) расширение тела при нагревании.

2. Почему в горячей воде сахар растворяется быстрее и в большом количестве, чем в холодной?

3. Почему броуновское движение является тепловым, также ка движение молекул?

 

 

3. Заполните таблицу:

Основные законы, определение величин	Формулы
1. Основное уравнение МКТ
2. Закон Бойля-Мариотта
3. Закон Гей-Люссака
4. Закон Шарля
5. Уравнение Менделеева-Клапейрона
6. Закон Дальтона

 

4. Решите задачи:

1) Найти массу одной молекулы вещества

Вариант	Вещество	Вариант	Вещество
	Аргон		Хлор
	Кислород		Фтор
	Ксенон		Оксид азота (II)
	Углекислый газ		Оксид азота (I)
	Неон		Оксид азота (IV)
	Угарный газ		Азот

 

2) Сколько молекул спирта (метанола) содержится в капле массой m?

Вариант

m, г

 

3) Кислород массой m находится под давлением р при температуре t. После нагревания при постоянном давлении газ занял объем V. Найти начальный объем и конечную температуру газа.