7.1. Основные положения мкт.

Молекулярная физика изучает физические свойства макроскопических систем. Предметом её изучения являются молекулярные формы движения больших совокупностей молекул.

В основе молекулярной физики лежит понятие молекулы. Основные положения молекулярно-кинетической теории поясняют суть этой теории. Эти положения подтверждены практикой.

1. Все вещества состоят из частиц (молекул)

Опытное подтверждение этого положения:

• Смешивание разных жидкостей, например, воды и спирта, показывает, что объём смеси меньше суммарного объёма, занимаемого двумя жидкостями до их смешивания. Это можно объяснить тем, что между молекулами жидкостей есть пустоты, и при смешивании жидкостей молекулы одной из них проникают в свободное пространство между молекулами другой жидкости.

• Расширение тел при нагревании и сжатие при охлаждении также можно объяснить тем, что вещества состоят из молекул, расположенных друг от друга на некотором расстоянии. При нагревании расстояния между молекулами увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются.

• Проявление дискретной структуры при наблюдении веществ под электронными или ионными микроскопами.

2. Частицы (молекулы) взаимодействуют друг с другом.

Факты, подтверждающие это положение:

• наличие сил притяжения и отталкивания;

• существование трех агрегатных состояний: из-за разного взаимодействия молекул проявляются разные свойства агрегатных состояний, отражённые в таблице:

3. Частицы (молекулы) непрерывно и беспорядочно движутся

Некоторые факты, подтверждающие это положение:

• молекулы газа распространяются по всему объему сосуда;

• броуновское движение;

• диффузия.

Что представляют собой те частицы, из которых составлены вещества?

Молекула - это наименьшая частица вещества, сохраняющая все его химические свойства. Различают молекулу в физическом смысле (физическую молекулу), которую можно уподобить упругому шарику, и химическую молекулу, выраженную формулой атомного состава. Молекулы не всех веществ можно рассматривать как физические, например, молекулы веществ с ионной связью (в частности, NaCl – повареная соль). Это важно, когда рассматриваются соударения молекул или их тепловое движение. Поэтому в формулировке основных положений МКТ чаще всего используют термин «частица».

Размеры молекул очень малы. Если представить молекулу в виде малого шарика, то его радиус имеет порядок величины10 ^{– 8} см =10 ^{– 10} м. Молекулы состоят из атомов. Частицы, образующие атомы - электроны и ядра. Принято считать, что электрон имеет радиус порядка величины 10 ^{– 11} см = 10 ^{– 13} м, а ядра имеют радиусы примерно »10 ^{– 12} ÷ 10 ^{– 13} см = 10 ^{– 14} ÷10 ^–15 м.

Массы атомов и молекул

В качестве единичной атомной массы m_ат принимается 1/12 массы атома ядра изотопа углерода:

Относительная молекулярная масса, или относительная масса молекулы, есть отношение массы молекулы к единичной атомной массе:

Аналогично определяют и относительную атомную массу.

Абсолютные значения атомных масс по порядку величины заключаются в пределах 10 ^–25 ÷ 10 ^–27 кг, а относительные атомные массы в пределах 1÷10². Пределы относительных молекулярных масс m_r от 1 до 10⁵.

Количество вещества. Количество вещества характеризуется числом его структурных элементов. В СИ оно выражается в молях. Моль является основной единицей измерения, так же как метр и секунда.

Моль равен количеству вещества рассматриваемой системы, которое содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода .

Понятие моля относится к числу структурных элементов вещества. Поэтому нужно говорить: «моль молекул», «моль атомов», «моль электронов» и т.п.

Таким образом, моль любого вещества содержит одинаковое число структурных элементов. Это число называется постоянной Авогадро или числом Авогадро:

Отсюда следует:

Молярная масса – масса одного моля молекул вещества.

Её определяют через относительную массу молекулы:

Число молей молекул n связано с числом молекул N некоторого вещества формулой:

, где - масса вещества.