Взаимодействие молекул и агрегатные состояния

Основные положения МКТ

И их опытное обоснование.

 

Все вещества (тела) состоят из микрочастиц - молекул, атомов или ионов.

Микрочастицы находятся в непрерывном движении.

Микрочастицы взаимодействуют друг с другом. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания.

 

Существование микрочастиц - молекул, атомов и ионов подтверждается непосредственным наблюдением в электронных микроскопах, растворимостью твердых тел в жидкостях, механическим дроблением твердых тел, сжимаемостью и проницаемостью веществ.

Непрерывность движения микрочастиц подтверждается диффузией, броуновским движением, способностью газов неограниченно расширятся и занимать весь предоставленный объем.

О взаимодействии микрочастиц позволяют утверждать прочность и упругость веществ, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, поверхностное натяжение жидкостей и др.

 

Масса и размеры атомов и молекул.

Молярная масса - физическая величина, равная отношению массы вещества к количеству вещества.

где M - молярная масса, m - масса вещества, ν - количество вещества.

Молярная масса численно равна массе одного моля вещества.

Единица измерения молярной массы - кг/моль.

где N_a = 6,022·10²³ моль^-1 - постоянная Авогадро,

N- число частиц системы, m₀ - масса одной молекулы (для веществ атомарного строения - масса атома).

 

Масса молекулы равна отношению массы всего вещества к количеству молекул в веществе или отношению молярной массы к постоянной Авогадро.

Единица измерения массы молекулы - кг.

Средняя масса молекул 10^-23 - 10 ^-26 кг. Например, масса молекулы воды - 3·10^-26 кг.

 

Размер атома определяется расстоянием от центра ядра до орбит, на которых находятся валентные электроны или расстоянием от центра ядра до внешних заполненных электронных орбит.

Размер молекул - условная величина.

Эффективным диаметром молекулы называют расстояние предельного сближения центров двух молекул. Размеры молекулы порядка 10 ^-10 м. Например, эффективный диаметр молекулы воды примерно 4·10 ^-26 м.

Для молекул (атомов) веществ в твердом и жидком состоянии примерный объем одной молекулы (атома) равен отношению всего объема вещества к количеству молекул (атомов).

где V₀ -объем молекулы или атома.

 

Взаимодействие молекул и агрегатные состояния.

Межмолекулярное взаимодействие имеет электрическую природу. Молекулы в целом электрически нейтральны, т. к. положительные и отрицательные заряды в них скомпенсированы.

Но электрические поля за пределами молекул существуют и убывают с расстоянием. Посредством этих электрических полей молекулы взаимодействуют друг с другом. Между молекулами действуют одновременно силы притяжения и отталкивания. На малых расстояниях силы отталкивания возрастают быстрее сил притяжения. Зависимость результирующей силы взаимодействия молекул от расстояния между ними представлена на графике:

 

 

Расстояние между молекулами веществ в различных агрегатных состояниях определят степень взаимодействия молекул и вид теплового движения.

Среднее расстояние между молекулами газа в десятки раз превышает размеры молекул. И поэтому взаимного притяжения между молекулами практически нет. Движение же молекул вещества в газообразном состоянии можно считать движением по инерции: молекулы движутся равномерно и прямолинейно до столкновения в пространстве с другой молекулой, при столкновении они меняют модуль и направление скорости и далее движутся равномерно прямолинейно до следующего столкновения. Так же при столкновении молекулы, состоящие из нескольких атомов могут приобрести и вращательное движение. Следовательно, тепловое движение молекул вещества в газообразном состоянии является поступательным и вращательным.

В жидкостях молекулы располагаются на расстояниях соизмеримых с размерами самих молекул. Благодаря взаимодействию молекула некоторое время (время оседлой жизни молекулы) колеблется в положении равновесия, а затем перескакивает на другое место, имея тем самым возможность перемещаться по всему объему жидкости. Поэтому тепловое движение молекул вещества в жидком состоянии является поступательным и колебательным.

В твердых телах силы притяжения между молекулами сравнительно велики. Молекулы удерживаются в положениях равновесия и совершают колебательные движения. Следовательно, тепловое движение молекул является колебательным.

 

Модель идеального газа.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии в молекулярно-кинетической теории рассматривается модель идеального газа.

Под моделью идеального газа понимают газ, удовлетворяющий следующим условиям:

- молекулы газа обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ;

- между молекулами отсутствуют силы притяжения и молекулы взаимодействуют только при соударении как абсолютно упругие тела;

- тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно.

Реальный газ приближается по своим свойствам к модели идеального газа при значительном разрежении. Но существуют газы, которые и при нормальных условиях близки по своим свойствам к модели идеального газа.

 

Основное уравнение