Основы молекулярно-кинетической теории
Основой молекулярной физики является молекулярно-кинетическая теория строения вещества (МКТ).
Первые представления о молекулярное строение вещества зародились еще в глубокой древности. Более две тысячи лет назад древнегреческие философы, среди которых Демокрит (460-370 г. до н. э.), предполагали, что все в мире состоит из очень маленьких неделимых частиц — атомов. Имеющиеся в мире вещи различаются атомами, из которых состоят, их порядком и положением. Хотя еще раз следует подчеркнуть, что представления древних атомистов о дискретном строении вещества были лишь догадкой.
В средние века последователи атомистического учения, которое по сути было глубоко материалистическим, преследовались инквизицией и властью. Так, в 1026 высший суд Франции под страхом смертной казни запретил распространение атомистического учения. Лишь в XVII в .. И. Ньютон сделал попытку объяснить расширение газов на основе предвидения, что молекулы пытаются заполнить пространство.
В XVIII в. сторонник и пропагандист МКТ Ломоносов сформулировал основные положения этой теории, которые не претерпели существенных изменений и сегодня.
Цель молекулярно-кинетической теории — объяснение свойств макроскопических тел и тепловых процессов на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных частиц, которые хаотично движутся.
Основная задача молекулярно-кинетической теории: установить связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами вещества и, исходя из этого, определить уравнение состояния этого вещества. Например, зная массу молекул, их средние скорости и концентрацию, можно вычислить объем, давление и температуру массы газа, а также выразить давление газа через его объем и температуру.
Микроскопическими параметрами называются параметры газа, связанные с индивидуальными характеристиками молекул, составляющих его. Примеры — массы молекул, их скорости, концентрация.
Макроскопическими параметрами называются параметры, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их молекулярного строения. Примеры — объем, давление, температура.
Уравнением состояния называется соотношение между макроскопическими параметрами — температурой, объемом и давлением.
Основные положения МКТ. 1) Все вещества дискретные, они состоят из молекул и атомов. 2) Молекулы и атомы всех веществ находятся в непрерывном хаотическом движении. 3) Между молекулами всех веществ действуют силы притяжения и отталкивания.
Каждое из этих положений строго доказано опытным путем. Реальное существование молекул подтверждается массой экспериментальных фактов, среди которых можно выделить:
- возможность механического дробления вещества;
- растворения веществ в воде и других растворителях;
- сжатия и расширения газов;
- но наиболее убедительны такие процессы, как броуновское движение и диффузия.
Рассмотрим подробнее основные положения МКТ:
Все вещества дискретные, они состоят из молекул и атомов. Молекула — мелкая электронейтральна частица вещества, сохраняющая его химические свойства.
| Явления, подтверждающие основные положения МКТ | Пояснение к явлениям, которые подтверждают наличие молекул и их малые, но конечные размеры. |
|---|---|
| Наличие пределов дробления вещества | Последовательным разведением растворов можно достичь такой концентрации, при которой одна молекула первичного вещества будет существовать во всех молекулах раствора |
| Образование мономолекулярных пленок (масло, керосин) на поверхности воды | Толщина пленок не может быть меньше диаметра молекулы. |
Молекулы и атомы всех веществ находятся в непрерывном хаотическом движении.
| Явления, которые подтверждают основные положения МКТ | Обьяснения к явлениям, которые подтверждают движение молекул и его хаотичность, наличие между ними промежутков | |
|---|---|---|
| Явление переноса | Диффузия | Взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами второго |
| Осмос | Односторонняя диффузия сквозь пористую перегородку | |
| Внутрение трение в жидкостях и газах | ||
| Теплопроводность | Вид теплообмена, который возникает из-за передачи энергиичерез тепловое движение и взаимодействие молекул | |
| Броуновское движение | Хаотическое движение частиц в жидкости под ударами молекул | |
Между молекулами всех веществ действуют силы притяжения и отталкивания.
Явления, подтверждающие Основные положения МКТ:
- Сохранение формы и объема твердого тела, объема жидкости
- Возникновение сил упругости, сухого трения
Эти явления подтверждают взаимодействие молекул.