Молекулярно-кинетическая теория - это раз­дел физики, изучающий свойства различных состоя­ний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:1. Все вещества состоят из мельчайших час­тиц: молекул, атомов или ионов. 2. Эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.3. Между частицами существуют силы притя­жения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними. Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионов доказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ны с помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей

смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии - способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого - тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение - непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­ния разработал А. Эйнштейн. Законы движения час­тиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ности броуновского движения - уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновского движения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле, v.

Единицей количества вещества является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С 12 . От­ношение числа молекул вещества к количеству ве­щества называютпостоянной Авогадро:

n a = N/v. na =6,02 10 23 моль -1 .

Постоянная Авогадро показывает, сколько ато­мов и молекул содержится в одном моле вещества.Мо­лярной массойназывают величину, равную отноше­нию массы вещества к количеству вещества:

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной мо­лекулы:

m 0 = m/N = m/vN A = М/N A

Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с вы­сокой точностью определена несколькими физиче­скими методами. Массы молекул и атомов со значи­тельной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды: т = 29,9 10 -27 кг.

Молярная масса связана с относительной мо­лекулярной массой Mr. Относительная молярная масса - это величина, равная отношению массы мо­лекулы данного вещества к 1/12 массы атома угле­рода С 12 . Если известна химическая формула вещест­ва, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину мо­лярной массы этого вещества.

2) Колебательное движение молекул в природе и технике. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Опредеолить опытным путём частоту предложенной колебательной системы.

Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или приблизительно одинаково через одинаковые промежутки времени. Силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел, называют внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны других тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют колебания, возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на нитке. Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например – поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является повторяемость процесса движения через определенный интервал времени. Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением. В частности колебания, возникающие в системе с одной возвращающей силой, пропорциональной деформации, являются гармоническими. Минимальный интервал, через который происходит повторение движения тела, называется периодом колебаний Т . Физическая величина, обратная периоду колебаний и характеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой. Частота измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с -1 . Используется также понятие циклической частоты, определяющей число колебаний за 2p секунд. Модуль максимального смещения от положения равновесия называется амплитудой. Величина, стоящая под знаком косинуса – фаза колебаний, j 0 – начальная фаза колебаний. Производные также гармонически изменяются, причем, а полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол, координата, и т.д.) равна, где А и В – константы, определяемые параметрами системы. Продифференцировав это выражение и приняв во внимание отсутствие внешних сил, возможно записать, что, откуда.

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ)

и их опытное обоснование.

Цели урока:

Образовательные:

сформулировать основные положения МКТ;

раскрыть научное и мировоззренческое значение броуновского движения;

установить характер зависимости сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами; учиться решать качественные задачи;

Развивающие:

развивать умение применять знания теории на практике; наблюдательность, самостоятельность; мышление учеников посредством логических учебных действий, умение извлекать информацию и делать выводы

Воспитательные: продолжить формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы.

Планируемые результаты:

Знать: основные положения молекулярно кинетической теории и их опытные обоснования; понятия диффузии, броуновского движения.

Уметь: формулировать гипотезы и делать выводы, решать качественные задачи.

Тип урока: урок - семинар, изучение нового материала

Регламент : 2 урока

Комплексно-методическое обеспечение : мультимедийный проектор, компьютер, экран, рисунки с описанием опытов, приборы для опытов.

Пояснительная записка.

Класс разбивается на 3 группы по 4-5 человек. Каждая группа получает задание подготовить рассказ об опытном обосновании одного из положений МКТ. Роли между собой распределяют самостоятельно: один готовит теоретический материал, другой - презентацию (или слайды для интерактивной доски), остальные - готовят опыты. Так как материал в общих чертах ребятам уже знаком (по 7 классу), задание вполне им по силам.

В течение недели каждая группа должна выполнить свое задание.

На уроке каждая группа получает на выступление по 20 минут.

После выступления ребят (которое конспектируется всеми остальными) идет 5-минутное обсуждение и ответы на вопросы товарищей

Затем вопросы задает учитель (всем, в том числе и творческой группе)

В конце урока учитель подводит итоги, делает общие выводы

Вступление учителя

Американский физик Рейман считал, что «…Если человечество и плоды его трудов исчезнут и для будущих поколений разрешено будет оставить одну фразу, то это будет следующее:

А) Вещество состоит из частиц;

Б) Частицы движутся;

В) Взаимодействуют между собой»

Все вещества состоят из частиц: молекул, атомов, ионов, между которыми есть промежутки.

1) Механическое дробление (мел, пластилин)

2) Растворение вещества (марганцовка, сахар)

3) Смешивание разных жидкостей (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.

При нагревании тела расширяются (промежутки между молекулами увеличиваются, размеры молекул не изменяются)

4) Опыт. Нагреваем стальной шарик, который в не нагретом состоянии спокойно проходит сквозь стальное кольцо. После нагревания шарик застревает в кольце. Остыв, шарик проваливается в кольцо.

5) Колбу, в которую вставлена резиновая пробка со стеклянной трубкой, устанавливают так, что конец трубки оказывается опущенным в воду. При нагревании колбы воздух, находящийся в ней, расширяется и начинает выходить из неё. Об этом можно судить по пузырькам, которые образовываются на конце трубки опущенной в воду, отрываются и всплывают. После прекращения нагревания, вода, находящаяся в стакане, начнет подниматься по трубке и заполнять колбу.

Ввод: Газы, как и твердые тела, при нагревании также увеличиваются в объеме, а при охлаждении уменьшаются в объеме.

Примеры веществ, состоящих из различного числа атомов:

1-атомные: инертные газы (Не, Ne…); металлы.

Анальгин-38 атомов

Белки-тысячи атомов

Полимеры-десятки тысяч атомов

Каучук-1/2 миллиона атомов

Размеры молекул . Размеры молекул очень малы (порядка 10 нм)

объем капли оливкового масла V=1мм² растекается по площади 0,6м²

толщина слоя h=V/S =1,7∙10^-7см (порядка 6 молекул)

d молекул = 10 н м

Число молекул. Число молекул даже в небольшом объеме огромно (например, в наперстке воды порядка 1023 молекул)

Капля воды m=1г занимает объем V=1см³

Одна молекула занимает объем V0 ≈ d³ ≈ 27∙10^-24см³

Число молекул N=V/V0 = 3,7∙10^22

Масса молекул.

m0=m/N= 1г/3,7∙10^22≈ 27∙10-23 г m 0 ≈10^ -26 кг

Относительная молекулярная масса - сравнивается с 1/12 массы атома углерода.

М r = 12 m 0 / m с

1 аем = 1,66∙10^ -27 кг

Количество вещества

1 моль - количества вещества, в котором содержится столько же атомов (молекул), сколько в 12г углерода.

Число Авогадро N А - число молекул в 1 моле вещества.

N А = 6 , 02 ∙10 2 3

Количество вещества ν - число молей ν = N / N А = m / M

Молярная масса М - масса 1 моля М = m0N А (Определяется по таблице Менделеева в г/моль)

Масса 1 молекулы m0=М/ N А

В каком всем известном приборе используется тепловое расширение жидкостей? (в термометре)

Приведите примеры теплового расширения (провисание проводов летом)

Зачем между рельсами оставляют зазор? (чтобы при тепловом расширении летом они не деформировались)

II. Молекулы беспорядочно и непрерывно движутся

Опытные обоснования: диффузия; броуновское движение.

Диффузия - взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Примеры: распространение запахов; засолка овощей и др

Диффузия происходит благодаря хаотическому движению молекул. При нагревании скорость диффузии повышается, т.к. увеличивается интенсивность беспорядочного движения молекул. Нетрудно понять, что притяжение молекул препятствует диффузии, поэтому диффузия в твердых телах происходит очень медленно; для ее ускорения необходимо разогреть две поверхности и сильно прижать друг к другу. Диффузию - самопроизвольное перемешивание веществ за счет движения молекул - надо отличать от принудительного перемешивания веществ. Когда мы перемешиваем ложечкой сахар в чае − это не диффузия. Казалось бы, по скорости диффузии можно сделать вывод и о скоростях молекул. Проходят часы, прежде чем частицы марганцовки распространятся на несколько сантиметров в воде. Несколько минут нужно, чтобы почувствовать запах духов, разлитых на расстоянии нескольких метров.

Броуновское движение - движение частиц, вызванное ударами молекул Например: пылинки в неподвижном воздухе. Причина броуновского движения: удары молекул не компенсируются.

Одним из первых непосредственных доказательств наличия теплового хаотического движения частиц в веществе явилось открытие в 1827 английским ботаником Броуном так называемого броуновского движения. Оно заключается в том, что весьма малые (видимые только в микроскоп) взвешенные в жидкости частицы всегда находятся в состоянии непрерывного хаотического движения, которое не зависит от внешних причин и оказывается проявлением внутренних движений в веществе. Броуновское движение вызывается толчками, испытываемыми взвешенными частицами со стороны окружающих молекул, находящихся в тепловом движении. Эти толчки никогда в точности не уравновешивают друг друга, поэтому под влиянием ударов молекул окружающей среды скорость броуновской частицы непрерывно и беспорядочно меняется по величине и направлению. Последнюю точку в дискуссии о непрерывности и дискретности материи поставила теория броуновского движения, разработанная Эйнштейном и Смолуховским в 1905 году и экспериментально подтвержденная Перреном в 1912 году. Это явление состоит в том, что мелкие частицы, взвешенные в жидкости или газе, совершают беспорядочные молекул. Возможность изучения движения этих частиц существенно зависит от их размеров. Слишком крупные частицы могут только колебаться, слишком мелкие частицы движутся почти так же быстро, как и молекулы, и плохо поддаются наблюдениям. Размеры броуновских частиц в тысячи раз превышают размеры молекул, поэтому они видны в обычный микроскоп и за их скачками удобно следить. Понятно, что при нагревании интенсивность броуновского движения повышается. Скорость движения связана с температурой.

Опыт Штерна(1920)

Если цилиндры неподвижны, то атомы попадают в точку n.

При вращении цилиндров со ско-ростью ω атомы попадают в точку n1. Так как скорости атомов неодинаковы, то полоска размыта.

Время прохождения молекулой расстояния ℓ равно времени поворота диска 2 на угол α.

Скорость молекул серебра 600м/с.

Распределения молекул по скоростям

График распределения молекул по скоростям. Английский физик Дж. Максвелл и австрийский физик Л. Больцман. Кривая распределения Максвелла соответствует результатам, полученным в опыте Штерна. Количество частиц, имеющих скорости в интервале Dυ, рав-но DN, υ - одна из скоростей этого интервала. Из графика видно, что количество частиц, имеющих ско-рости в равных интервалах Dυ1 и Dυ2, различно. Скорость, около которой расположены наиболее «населенные» интервалы,— наиболее вероятная скорость теплового движения молекул.

υнв наиболее вероятная скорость; υср средняя скорость

∆N - число молекул со скоростью в интервале от υ + ∆υ; ∆υ = υ ∆α / α

Ос новные выводы

1. Распределение по скоростям имеет определенную закономерность.

2. Среди молекул газа имеются как очень быстрые, так и очень медленные молекулы.

3. Распределение молекул по скоростям зависит от температуры.

4. Чем больше Т, тем больше максимум кривой распределения смещается в сторону больших скоростей.

6) Брызгают дезодорантом и все в классе чувствуют запах

7 ) В колбу помещают листочки бумаги, смоченные фенолфталеином - веществом, которое при соединении с аммиаком окрашивается в оранжевый цвет. Это свойство фенолфталеина служить индикатором присутствия аммиака, демонстрируем предварительно на отдельном листочке бумаги, смоченным этим веществом. После этого у горлышка колбы закрепляют ватку с аммиаком. Через некоторое время листочки бумаги, смоченные фенолфталеином, окрашиваются в оранжевый цвет

8) Окрашивание воды марганцовкой

В различных агрегатных состояниях характер этого движения различен:

В твердых телах молекулы колеблются вблизи положений равновесия; твердые тела

сохраняют форму и объем (их трудно деформировать);

В жидкостях молекулы колеблются почти так же, как в твердых телах, но сами

положения равновесия постоянно перемещаются (молекулы жидкости - это

"кочевники"); жидкости имеют конечный объем и мало сжимаемы;

В газах молекулы свободно и хаотически (беспорядочно) движутся; газ занимает

весь предоставленный ему объем.

Благодаря различию в молекулярном строении вещества, находящиеся в различных

агрегатных состояниях, ведут себя по-разному. Так, при одинаковых температурах

диффузия в газах происходит в десятки тысяч раз быстрее, чем в жидкостях, и в

миллиарды раз быстрее, чем в твердых телах.

Почему так мала скорость диффузии в газах, если молекулы имеют столь большие скорости?

Объясните процесс сварки металлов путем их расплавления или путем давления

Объясните изменение плотности земной атмосферы с высотой. (Диффузия газа в гравитационном поле)

III.Молекулы взаимодействуют.

Молекулы взаимодействуют друг с другом: между ними действуют силы отталкивания и притяжения, которые быстро убывают при увеличении расстояний между молекулами. Природа этих сил электромагнитная. Силы притяжения препятствуют испарению жидкости, растяжению твердого тела.

При попытке сжать твердое или жидкое тело мы ощущаем значительные силы отталкивания.

В притяжении молекул легко убедиться при наблюдении опытов, связанных с поверхностным натяжением и смачиванием.

9) Сжатие и растяжение тел (пружина)

10) Соединение стальных цилиндров

11) Опыт с пластинками и водой (Смачивают две стеклянные пластинки и прижимают их друг к другу. После пытаются их отсоединить, для этого прилагают некоторые усилия).

12) Явление отсутствия смачивания монетка, смазанная маслом, плавает на поверхности воды

13) Капиллярные явления - подъем подкрашенной воды в капилярах

Объясните действие клея.

Пофантазируйте:

что было бы, если бы между молекулами не существовало сил притяжения?

что было бы, если бы между молекулами не существовало сил отталкивания?

Урок 1

Тема: Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование

Цели: познакомить учащихся с основными положениями молекулярно-кинетической теории и их опытными подтверждениями, с величинами, характеризующими молекулы (размеры и массы молекул, количество вещества, постоянная Авогадро) и методами их измерения; развивать внимание, логическое мышление учащихся, воспитывать добросовестное отношение к учебному труду

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Ход урока

Организационный момент

Постановка цели урока

Изложение нового материала

Молекулярно-кинетическая теория зародилась в XIX в. с целью объяснить строение и свойства вещества на основе представления о том, что вещество состоит из мельчайших частиц – молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Особых успехов эта теория достигла при объяснении свойств газов.

Молекулярно-кинетической теорией называют учение, которое объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием частиц, из которых состоят

тела.

В основе МКТ лежат три важнейших положения:

все вещества состоят из молекул;

молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении;

молекулы взаимодействуют друг с другом.

Предположение о молекулярном строении вещества подтверждалось только косвенно. Основные положения МКТ газов хорошо согласовывались с экспериментом. Сегодня техника достигла уровня, при котором можно рассмотреть даже отдельные атомы. Убедиться в существовании молекул и оценить их размер можно довольно просто.

Поместим капельку масла на поверхность воды. Масляное пятно будет растекаться по поверхности воды, но площадь масляной плёнки не может превышать определённого значения. Естественно предположить, что максимальная площадь плёнки соответствует масляному слою толщиной в одну молекулу.

Убедиться в том, что молекулы движутся, можно совсем просто: если капнуть капельку духов в одном конце комнаты, то через несколько секунд этот запах распространится по всей комнате. В окружающем нас воздухе молекулы двигаются со скоростями артиллерийских снарядов – сотни метров в секунду. Удивительным свойством движения молекул является то, что оно никогда не прекращается. Этим движение молекул существенно отличается от движения окружающих нас предметов: ведь механическое движение неизбежно прекращается вследствие трения.

В начале XIX в. английский ботаник Броун, наблюдая в микроскоп частицы пыльцы, взвешенные в воде, заметил, что эти частицы пребывают в «вечной пляске». Причину так называемого «броуновского движения» поняли только через 56 лет после его открытия: отдельные удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга, если эта частица достаточно мала. С тех пор броуновское движение рассматривается как наглядное опытное подтверждение движения молекул.

Если бы молекулы не притягивались друг к другу, не было бы ни жидкостей, ни твёрдых тел – они просто бы рассыпались на отдельные молекулы. С другой стороны, если бы молекулы только притягивались, они бы превращались в чрезвычайно плотные сгустки, а молекулы газов, ударяясь о стенки сосуда, прилипали бы к ним. Взаимодействие молекул имеет электрическую природу. Хотя молекулы в целом электрически нейтральны, распределение положительных и отрицательных электрических зарядов в них таково, что на больших расстояниях (по сравнению с размерами самих молекул) молекулы притягиваются, а на малых расстояниях – отталкиваются. Попробуйте разорвать стальную или капроновую нить диаметром 1 мм 2 . Вряд ли это удастся, даже если приложить все силы, а ведь усилиям вашего тела противостоят силы притяжения молекул в малом сечении нити.

Параметры газа, связанные с индивидуальными характеристиками составляющих его молекул, называются микроскопическими параметрами (масса молекул, их скорость, концентрация).

Параметры, которые характеризуют состояние макроскопических тел, называют макроскопическими параметрами (объём, давление, температура).

Основная задача МКТ – установить связь между микроскопическими и макроскопическими параметрами вещества, исходя из этого, найти уравнение состояния данного вещества.

Например, зная массы молекул, их средние скорости и концентрации, можно найти объём, давление и температуру данной массы газа, а также определить давление газа через его объём и температуру.

Обычно в основе построения любой теории лежит метод моделей, заключающийся в том, что вместо реального физического объекта или явления рассматривают его упрощённую модель. В МКТ газов используется модель идеального газа.

С точки зрения молекулярных представлений, газы состоят из атомов и молекул, расстояния между которыми значительно больше их размеров. Вследствие этого силы взаимодействия между молекулами газов практически отсутствуют. Взаимодействие между ними фактически происходит лишь во время их столкновений.

Поскольку взаимодействие молекул идеального газа сводится лишь к кратковременным столкновениям и размеры молекул не влияют на давление и температуру газа, мы можем считать, что

Идеальный газ – это модель газа, которая предусматривает пренебрежение размерами молекул и их взаимодействием; молекулы такого газа находятся в свободном беспорядочном движении, иногда сталкиваясь с другими молекулами или стенками сосуда, в котором они находятся.

Реальные разрежённые газы ведет себя подобно идеальному газу.

Примерную оценку размеров молекул можно получить из опытов, проведённых немецким физиком Рентгеном и английским физиком Рэлеем. Капелька масла на поверхности воды расплывается, образуя тонкую плёнку толщиной всего лишь в одну молекулу. Толщину этого слоя нетрудно определить и тем самым оценить размеры молекулы масла. В настоящее время существует ряд методов, позволяющих определить размеры молекул и атомов. Например, линейные размеры молекул кислорода составляют 3 · 10 -10 м, воды – около 2,6 · 10 -10 м. Таким образом, характерной длиной в мире молекул является размер 10 -10 м. Если молекулу воды увеличить до размеров яблока, то само яблоко станет диаметром с земной шар.

В прошлом веке итальянский учёный Авогадро обнаружил удивительный факт: если два различных газа занимают сосуды одинакового объёма при одинаковых температурах и давлениях, то в каждом сосуде находится одно и то же число молекул. Заметьте, что массы газов при этом могут сильно отличаться: например, если в одном сосуде водород, а в другом – кислород, то масса кислорода в 16 раз больше массы водорода.

Это означает. Что некоторые, причём довольно важные, свойства тела определяются числом молекул в этом теле: число молекул оказывается даже более существенным, чем масса.

Физическая величина, определяющая число молекул в данном теле, называется количеством вещества и обозначается . Единицей количества вещества является моль.

Так как массы отдельных молекул отличаются друг от друга, то одинаковые количества разных веществ имеют разную массу.

1 моль – это количество вещества, которое содержит столько же молекул, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг углерода.

Массы отдельных молекул очень малы. Потому удобно использовать при расчётах не абсолютные, а относительные значения масс. По международному соглашению массы всех атомов и молекул сравнивают с 1/12 массы атома углерода. Главная причина такого выбора состоит в том, что углерод входит в большое число различных химических соединений.

Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества М называется отношение массы молекулы (или атома) m 0 данного вещества к 1 / 12 массы атома углерода:

M г =

m r - масса молекулы данного вещества;

m а (C) - масса атома углерода 12 C.

Например, относительная атомная маса углерода равна 12, водовода – 1. Относительная же молекулярная маса водовода 2, поскольку молекула водорода состоит из двух атомов.

Удобство выбора моля в качестве единицы измерения количества вещества связано с тем, что маса одного моля вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной массе.

Маса m тела пропорциональна количеству вещества , содержащемуся в этом теле. Поэтому отношение характеризует вещество, из которого состоит это тело: чем «тяжелее» молекулы вещества, тем больше это отношение.

Отношение массы вещества m к количеству вещества называется молярной массой и обозначается М:

М =

Если принять в этой формуле =1, получим, что молярная масса вещества численно равна массе одного моля этого вещества. Например, масса водорода равна

2
= 2 · 10 -3
.

1
- единица измерения молярной массы в СИ.

Масса вещества m = M .

Число N молекул, содержащихся в теле, прямо пропорционально количеству

вещества , содержащегося в этом теле.

Коэффициент пропорциональности является постоянной величиной и называется постоянной Авогадро N A

Откуда следует, что постоянная Авогадро численно равна числу молекул в 1 моле.

Основные итоги.

Вопросы учащимся:

Докажите, что все тела состоят из мельчайших частиц.

Приведите факты, показывающие делимость веществ.

В чём состоит явление диффузии?

В чём состоит суть броуновского движения?

Какие факты доказывают, что между молекулами твёрдых и жидких тел действуют силы притяжения и отталкивания?

Какова относительная атомная масса кислорода? Молекулы воды? Молекулы углекислого газа?

4. Домашнее задание:

Молекулярно-кинетическая теория - это раздел физики, изучающий свойства различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии - способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого - тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение - непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности броуновского движения - уменьшение температуры. Существование броуновского движения убедительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества v принято считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле.

Единицей количества вещества является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекул вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:

Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в одном моле вещества. Молярная масса - масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к количеству вещества:

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной молекулы:

Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с высокой точностью определена несколькими физическими методами. Массы молекул и атомов со значительной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.

Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды:

Молярная масса связана с относительной молекулярной массой Мг. Относительная молекулярная масса - это величина, равная отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода С12. Если известна химическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину молярной массы этого вещества.

1

Молекула

Атомы

Диффузия

Броуновское движение

Броуновское движение

"Взвешенные" частицы

Масса молекул

С т0= 1,995 ■ 10~ 26 кг.

1/12 *т 0C= 1,660 10" 27 кг.

М r

Так, для воды (Н2О) М r= 1*2 + 16 = 18.

Размеры молекул

Размер молекулы является величиной условной. Между молекулами наряду с силами притяжения дей­ствуют и силы отталкивания, поэтому молекулы могут сближать­ся лишь до некоторого расстояния.

Расстояние предельного сближения центров двух молекул называют эффективным диаметром молекулы d (при этом счи­тают, что молекулы имеют сферическую форму).

Метод определения размеров малек:

В твердых и жидких телах молекулы распо­ложены очень близко одна к другой, почти вплотную. Поэтому можно считать, что V, занимаемый телом некоторой массы т, приблизительно = сумме объемов всех его молекул.V1=V/N; N=m/M*Na;V1=VM/mNa;

ρ=m/V-плотность тела. малекула-шар, то d=2r; V1=4/3πr^3=πd^3/6;

d= ; Размеры молекул очень малы.

Идеальный газ

Форму и объем тела определяет совместное действие двух факторов: 1) взаимодействие молекул, которое стремится удер­жать молекулы на определенных расстояниях друг от друга; 2) хаотическое движение молекул, которое разбрасывает их по всему объему.

Молекулы газа разлетаются по всему предоставленному для него объему. Следовательно, главную роль в поведении газа играет хаотическое движение молекул, а силы взаимодействия малы, и ими можно пренебречь. Это означает, что молекулы газа движутся равномерно и прямолинейно, пока не столкнутся с другими молекулами. При столкновении изменя­ется величина и направление скорости движения молекулы, и она снова движется равномерно прямолинейно до следующего столкновения. Длина свободного пробега (расстояние между дву­мя последовательными столкновениями молекулы) X ~ 10~ 7 м. При такой длине свободного пробега только 0,04% пространства, занятого газом, приходится на собственный объем его молекул. Это дает право воспользоваться моделью идеального газа.

Идеальный газ - это газ с достаточно простыми свойствами:

1) молекулы его исчезающе малы и их собственным объе­мом можно пренебречь, по сравнению с объемом сосуда, в кото­ром находится газ;

2) между молекулами идеального газа нет сил взаимодействия;

3) молекулы идеального газа ведут себя при столкновениях как абсолютно упругие шарики.

При небольших давлениях и не очень низких температурах реальные газы близки к идеальному газу.При высоких давлениях молекулы газа сближаются, что пренебречь их соб­ственным объемом нельзя и между ними возникают заметные си­лы притяжения.При низких температурах кинетическая энергия уменьшается и становится сравнимой с потенциальной энергией и пренебречь последней нельзя.

Для описания свойств газов можно пользоваться:1)микро­скопическими параметрами (скорость, масса молекулы, ее энер­гия и др.), которые являются индивидуальными характеристика­ми молекул и численные значения которых находятся только расчетным путем; 2) макроскопическими параметрами (давле­ние, температура, объем газа), значение которых определяется совместным действием огромного числа молекул. Макропарамет­ры - это параметры газа как физического тела. Численные зна­чения их находят простым измерением с помощью приборов.

Давление газа - это средняя сила ударов молекул о тело (например, о стенки сосуда), отнесенная к единице его по­верхности.

Абсолютная температура Т - мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул (см. раздел 6.11).

Под объемом газа понимают объем сосуда, в котором нахо­дится газ.

Скорости молекул газов

Движение молекул газа подчиняется законам статистиче­ской физики. В каждый момент времени скорости отдельных мо­лекул могут значительно отличаться друг от друга, но их средние значения одинаковы и при расчетах используются не мгновенные скорости отдельных молекул, а некоторые средние значения. Различают среднюю арифметическую и среднюю квадратич­ную скорость хаотического движения молекул.