- ГПОУ ТО "НТК"
- Преподаватель физики:
- Бондарчук Т.В.
Молекулярная физика
Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения, силы взаимодействия между частицами, образующими тела и характеры теплового движения этих частиц.
Все состоит из атомов…
Вещи отличаются друг от друга атомами, из которых состоят, их порядком и положением…
Греческий ученый Демокрит
(460 — 370 г.г. до н.э.)
Молекулярная кинетическая теория (МКТ) - учение, которое объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием частиц, из которых состоят тела.
Основные положения МКТ и их опытное обоснование
1. Вещество состоит из частиц (молекул, атомов, ионов), разделенных промежутками.
Молекула
Наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая основными его физическими и химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями.
Атом
Наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Опытные обоснования
- Дробление веществ
- Испарение
- Расширение и сжатие при изменении температуры или деформации
Опытные обоснования
- Фотографии отдельных больших молекул
- Определение параметров молекул ( d, m, v...)
Определение диаметра молекул
- Физические величины, характеризующие молекулы:
- Относительная молекулярная масса
- Количество вещества
- Молярная масса
1. Относительная молекулярная масса
Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества М r называют отношение массы молекулы (или атома) m o данного вещества к 1/12 массы атома углерода m oc :
Относительные молекулярные массы определяют по таблице Менделеева.
Например:
М r (CO 2 ) = 12 + 2 ∙ 16 = 44
М r (Н 2 О) = 2 ∙ 1 + 16 = 18
2. Количество вещества
Количество вещества
– это физическая величина равная отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро N А , т.е. к числу молекул в 1 моль вещества:
Единица количества вещества – 1 моль.
Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в 12 г углерода.
Постоянная Авогадро – число атомов в 1 моль вещества или в 12 г углерода:
N A ≈ 6 ∙ 10 23 моль -1
3. Молярная масса
Молярная масса М –
это масса вещества, взятого в количестве 1 моль.
Единица измерения молярной массы в “ СИ ” – кг/моль.
Молярная масса равна произведению массы молекулы на постоянную Авогадро:
Связь молярной массы с молекулярной:
М = 10 -3 М r кг/моль
Например:
М (CO 2 ) = 44 ∙10 -3 кг/моль.
М(Н 2 О) = 18 ∙10 -3 кг/моль.
Другие формулы
- Масса вещества:
- Количество вещества :
- Число молекул :
- Плотность:
- Концентрация:
- Масса молекулы:
2. Частицы находятся в непрерывном хаотическом движении
Опытные обоснования
Броуновское движение
- 1827 г. - английский ботаник Р. Броун, рассматривая в микроскоп, заметил, что взвешенные в воде частицы цветочной пыльцы непрерывно и хаотично движутся.
- 1905-1906 г. - Эйнштейн создал теорию броуновского движения
- 1908 -1913 г. -
- Ж. Перрен экспериментально проверил теорию.
- Ж. Перрен — нобелевский лауреат по физике
Броуновское движение — это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц.
Причина броуновского движения
На рисунке изображена модель броуновского движения. Множеством мелких шариков обозначены молекулы воды, а большим шаром – частица пыльцы. Количество ударов молекул о частицу слева и справа, сверху и снизу, спереди и сзади не всегда одинаково. Под действием "перевеса"
ударов с какой-нибудь одной стороны частица будет перескакивать с места на место .
Диффузия
Диффузией называют взаимное проникновение частиц одного вещества в другое, обусловленное движением молекул.
При проведении опыта с водой и краской замечено, что в теплой комнате диффузия протекает значительно быстрее. Например, на солнечном подоконнике диффузия завершается примерно на неделю раньше.
- Причина диффузии – это самостоятельное движение частиц вещества.
- Ускорение диффузии можно объяснить тем, что повышение температуры тела приводит к увеличению скорости движения его частиц.
- При любой температуре наблюдается самостоятельное движение частиц всех веществ – твердых, жидких и газообразных.
Определение скоростей молекул
- В начале 20 века немецкий физик Отто Штерн выполнил первые измерения скоростей молекул.
Установка для проведения опытов по измерению скоростей молекул
Схема опыта Штерна
Пока молекулы пролетают от цилиндра 2 до цилиндра 3, соединенные цилиндры успевают повернуться на некоторый угол.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом
Опытные обоснования
Опыт с цилиндрами
Возьмем два свинцовых цилиндрика. Ножом или лезвием зачистим их торцы до блеска и плотно прижмем друг к другу. Мы обнаружим, что цилиндрики "сцепятся". Сила их сцепления настолько велика, что при удачном проведении опыта цилиндрики выдерживают тяжесть гири в 5 кг.
Из опыта следует вывод:
частицы веществ способны притягиваться друг к другу.
- Однако это притяжение возникает лишь тогда, когда поверхности тел очень гладкие (для этого и понадобилась зачистка лезвием) и, кроме того, плотно прижаты друг к другу.
Опыт с резиновым ластиком
- Чтобы сдавить резиновый ластик, требуется значительная сила! Ластик гораздо легче изогнуть, чем сдавить.
Из опыта следует вывод:
частицы веществ способны отталкиваться друг от друга.
- Жидкие, а особенно твердые тела очень трудно сжать.
- Притяжение или отталкивание частиц веществ возникает лишь в том случае, если они находятся в непосредственной близости.
Природа взаимодействия молекул
- Взаимодействие молекул имеет электрическую природу.
- Молекулы в целом электрически нейтральны.
- Распределение положительных и отрицательных электрических зарядов в них таково, что на расстояниях, чуть больших размеров самих частиц, они притягиваются. На расстояниях, меньших размеров частиц, они отталкиваются.
Решите задачи .
- Какова молярная масса серной кислоты (Н 2 SO 4 ) ? этилового спирта (С 2 Н 5 ОН)?
- Сколько молекул в двух молях воды?
- Чему равно количество вещества в литре воды?
- Какова масса 4 моль кислорода (О 2 )?
- Сколько молекул содержится в 1 кг водорода (Н 2 )?
- Рассчитайте массу молекулы кислорода.
- Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?
- Сколько молекул содержится в 5 м 3 олова? Плотность олова 7300 кг/м 3 .