Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Количество вещества. Молярная масса. Силы молекулярного взаимодействия.

Тема №3

«СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА»

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) строения вещества. Количество вещества. Молярная масса. Силы межмолекулярного взаимодействия.

2. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа и его следствия.

3. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля и их графическое представление.

4. Объединённый газовый закон. Уравнение Клапейрона. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

5. Диффузия. Закон Фика. Теплопроводность. Закон Фурье. Конвекция. Тепловое излучение. Внутреннее трение (вязкость). Закон Ньютона.

6. Сила поверхностного натяжения. КПН. Свободная энергия поверхности жидкости. Давление Лапласа. Капиллярные явления. Формула Жюрена.

7. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Кривые Ван-дер-Ваальса.

Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Количество вещества. Молярная масса. Силы молекулярного взаимодействия.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение, которое объясняет свойства материи с точки зрения движения и взаимодействия составляющих её молекул.

Молекулой называется наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Молекулы, как известно, могут состоять как из одного (инертные газы), так и из огромного количества атомов (биологические молекулы).

Атом – это наименьшая частица химического элемента.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три аксиомы, называемые положениями:

1) все вещества состоят из мельчайших частиц - молекул, которые в свою очередь, состоят из атомов;

2) молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении, называемом тепловым;

3) молекулы взаимодействуют с силами одновременного притяжения и отталкивания, имеющими электрическую природу.

Реальные размеры атомов очень малы и составляют в диаметре не более нескольких ангстрем (1 А= 10^-10 м), например, d (H ₂ O) = 3 10^-10 м.

Массу атомов и молекул в силу их малости принято измерять не в привычных нам граммах, или килограммах, а с помощью атомных единиц массы.

Атомная единица массы составляет 1/12 часть атома углерода ¹²С и равна:

1 а.е.м. =1/12 m_c =1,66 10^-27кг.

Относительная атомная (молекулярная) масса – это отношение массы атома (молекулы) данного вещества к одной атомной единице массы:

. (1)

Спектр, рассматриваемых молекулярной физикой веществ, очень разнообразен, однако во многих задачах особенности строения молекул данного конкретного соединения не имеют значения. В этих случаях удобнее пользоваться не массой, а количеством вещества.

Единицей количества вещества является моль.

Один моль – количество вещества, содержащего столько же молекул, сколько их содержится в 0,012кг углерода.

Величина, численно равная, количеству атомов в 12 г углерода называется числом Авогадро,

N_a=6,023 10²³ 1/моль.

Таким образом, количество вещества – это отношение числа молекул в данном веществе к числу Авогадро: .

Хотя, моль любого вещества (по определению) содержит одинаковое количество молекул, масса молей разных веществ – различна.

Масса одного моля вещества называется молярной , где m ₀ – масса молекулы.

С учётом молярной массы количество вещества равно:

.

Силы, с которыми взаимодействуют молекулы (молекулярные) имеют электрическую природу. Эти силы действуют на расстояниях, соизмеримых с размерами самих молекул.

Силы взаимодействия зависят от расстояния между молекулами (рис.1 ^а).

Силы отталкивания преобладают при сближении молекул (r<r ₀). Они обусловлены перекрыванием электронных оболочек атомов.

На некотором расстоянии r = r ₀ силы притяжения F_{пр .} и силы отталкивания F_{о тт.} уравновешивают друг друга.

Дальнейшее увеличение расстояния приводит в начале к притяжению, а затем к исчезновению всякого взаимодействия.

При этом силы притяжения убывает с расстоянием по закону F_пр.= - а/r⁷, а силы отталкивания по закону F _отт = b/r¹².

Коэффициенты а и в зависят от рода

Рис.1 ^а Рис.1 ^б взаимодействующих молекул.

Результирующая сил молекулярного взаимодействия будет равна:

. (2)

На рис. 1^б представлен график потенциальной энергии двух молекул на расстоянии r друг от друга. Из графика можно сделать вывод о том, что наименьшей потенциальной энергией система из двух молекул обладает в точке, в которой силы притяжения и отталкивания равны.