Teorija molekularne kinetike je proučavanje strukture i svojstava materije, koristeći ideju postojanja atoma i molekula kao najmanjih čestica hemijske supstance. MCT se zasniva na tri strogo eksperimentalno dokazane izjave:
Materija se sastoji od čestica – atoma i molekula, između kojih postoje razmaci;
Ove čestice su u haotičnom kretanju, na čiju brzinu utiče temperatura;
Čestice međusobno djeluju.
Činjenica da se supstanca zaista sastoji od molekula može se dokazati određivanjem njihove veličine: Kap ulja se širi po površini vode, formirajući sloj čija je debljina jednaka prečniku molekula. Kap zapremine 1 mm 3 ne može se širiti više od 0,6 m 2:
Savremeni uređaji ( elektronski mikroskop, jonski projektor) omogućavaju vam da vidite pojedinačne atome i molekule.
Interakcione sile između molekula. a) interakcija je elektromagnetne prirode; b) sile kratkog dometa se detektuju na udaljenostima uporedivim sa veličinom molekula; c) postoji takva udaljenost kada su sile privlačenja i odbijanja jednake (R 0), ako je R>R 0, tada prevladavaju sile privlačenja, ako je R Djelovanje molekularnih privlačnih sila otkriva se u eksperimentu s olovnim cilindrima koji se lijepe zajedno nakon čišćenja njihove površine. Molekuli i atomi u čvrstom stanju podliježu nasumičnim vibracijama oko položaja u kojima su sile privlačenja i odbijanja od susjednih atoma uravnotežene. U tečnosti, molekuli ne samo da osciliraju oko ravnotežnog položaja, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u drugi; ovi skokovi molekula razlog su fluidnosti tečnosti, njene sposobnosti da poprimi oblik posude. U plinovima su udaljenosti između atoma i molekula obično, u prosjeku, mnogo veće od veličina molekula; sile odbijanja ne djeluju na velike udaljenosti, pa se plinovi lako komprimiraju; Između molekula plina praktički nema privlačnih sila, stoga plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja. Svaka tvar se sastoji od čestica, pa se smatra da je količina tvari proporcionalna broju čestica. Jedinica za količinu supstance je mol. Mol je jednak količini supstance u sistemu koji sadrži isti broj čestica koliko ima atoma u 0,012 kg ugljenika. Odnos broja molekula i količine supstance naziva se Avogadrova konstanta: Avogadrova konstanta je . Pokazuje koliko se atoma ili molekula nalazi u jednom molu supstance. Količina tvari može se naći kao omjer broja atoma ili molekula tvari i Avogadrove konstante: Molarna masa je količina jednaka omjeru mase tvari i količine tvari: Molarna masa se može izraziti u smislu mase molekula: Da biste odredili masu molekula, morate podijeliti masu tvari s brojem molekula u njoj: Braunovo kretanje je toplotno kretanje čestica suspendovanih u gasu ili tečnosti. Engleski botaničar Robert Brown (1773 - 1858) je 1827. otkrio nasumično kretanje čvrstih čestica vidljivih kroz mikroskop u tečnosti. Ova pojava je nazvana Brownovo kretanje. Ovaj pokret ne prestaje; sa porastom temperature njegov intenzitet raste. Brownovo kretanje je rezultat fluktuacija pritiska (primetno odstupanje od prosječne vrijednosti). Razlog za Brownovo kretanje čestice je taj što se udari molekula tekućine na česticu međusobno ne poništavaju. U razrijeđenom plinu razmak između molekula je višestruko veći od njihove veličine. U ovom slučaju interakcija između molekula je zanemarljiva i kinetička energija molekula je mnogo veća od potencijalne energije njihove interakcije. Za objašnjenje svojstava tvari u plinovitom stanju, umjesto stvarnog plina, koristi se njen fizički model - idealni plin. Model pretpostavlja: udaljenost između molekula je nešto veća od njihovog promjera; molekule su elastične kuglice; ne postoje privlačne sile između molekula; kada se molekule sudaraju jedna s drugom i sa zidovima posude, djeluju odbojne sile; Kretanje molekula je u skladu sa zakonima mehanike. Osnovna jednadžba MKT idealnog gasa: Osnovna MKT jednadžba omogućava izračunavanje tlaka plina ako su poznati masa molekula, prosječna vrijednost kvadrata brzine i koncentracija molekula. Pritisak idealnog gasa je da kada se molekuli sudare sa zidovima posude, oni stupaju u interakciju s njima u skladu sa zakonima mehanike kao elastična tela. Kada se molekul sudari sa zidom posude, projekcija vektora brzine v x brzine na osu OX, okomitu na zid, mijenja svoj predznak u suprotan, ali ostaje konstantna po veličini. Prilikom sudara, prema trećem Newtonovom zakonu, molekul djeluje na zid sa silom F 2, jednakom po veličini sili F 1 i usmjerenom suprotno. Jednačina stanja idealnog gasa (jednačina Mendelejeva–Klapejrona). Univerzalna plinska konstanta: Na osnovu zavisnosti pritiska gasa o koncentraciji njegovih molekula i temperaturi, moguće je dobiti jednačinu koja povezuje sva tri makroskopska parametra: pritisak, zapreminu i temperaturu – koja karakteriše stanje date mase prilično razređenog gasa. Ova jednačina se naziva jednačina stanja idealnog gasa. Gdje je univerzalna plinska konstanta za datu masu gasa, dakle Clapeyronova jednadžba. Kvantitativni odnosi između dva parametra gasa sa fiksnom vrednošću trećeg parametra nazivaju se gasni zakoni. A procesi koji se odvijaju pri konstantnoj vrijednosti jednog od parametara su izoprocesi. Izotermički proces je proces promjene stanja termodinamičkog sistema makroskopskih tijela pri konstantnoj temperaturi. Za gas date mase, proizvod pritiska gasa i njegove zapremine je konstantan ako se temperatura gasa ne menja. – Boyle-Mariotteov zakon. Izohorični proces je proces promjene stanja termodinamičkog sistema makroskopskih tijela pri konstantnoj zapremini. Za gas date mase, odnos pritiska i temperature je konstantan ako se zapremina gasa ne menja. - Charlesov zakon. Izobarski proces je proces promjene stanja termodinamičkog sistema makroskopskih tijela pri konstantnom pritisku. Za gas date mase, odnos zapremine i temperature je konstantan ako se pritisak gasa ne menja. - Gay-Lussacov zakon. Molekularna kinetička teorija strukture materije zasniva se na tri tvrdnje, od kojih je svaka eksperimentalno dokazana: materija se sastoji od čestica; ove čestice se kreću haotično; čestice međusobno djeluju. Osobine i ponašanje tijela, u rasponu od razrijeđenih plinova u gornjim slojevima atmosfere do čvrstih tijela na Zemlji, kao i supergustih jezgara planeta i zvijezda, određeni su kretanjem čestica u interakciji koje čine sva tijela - molekula. , atomi ili čak manje formacije - elementarne čestice. Procjena veličina molekula. Da bismo bili potpuno sigurni u realnost postojanja molekula, potrebno je odrediti njihove veličine. Razmotrimo relativno jednostavnu metodu za procjenu veličine molekula. Poznato je da ne možete forsirati pad maslinovo ulje zapremine da se raširi po površini vode tako da zauzme površinu veću. Može se pretpostaviti da kada se ulje proširi preko najveće površine, formira sloj debljine samo jednu molekulu. Lako je odrediti debljinu ovog sloja i na taj način procijeniti veličinu molekule maslinovog ulja Razrežemo mentalno kocku volumena na kvadratne slojeve svake površine tako da mogu pokriti područje (slika 2). Broj takvih slojeva će biti jednak: Debljina sloja ulja, a samim tim i veličina molekule maslinovog ulja, može se naći dijeljenjem ruba kocke od 0,1 cm sa brojem slojeva: cm. Jonski projektor. Trenutno nema potrebe nabrajati sve moguće načine dokazivanja postojanja atoma i molekula. Savremeni instrumenti omogućavaju posmatranje slika pojedinačnih atoma i molekula. Udžbenik fizike za VI razred sadrži fotografiju dobijenu pomoću elektronskog mikroskopa, na kojoj se može vidjeti raspored pojedinačnih atoma na površini kristala zlata. Ali elektronski mikroskop je veoma složen uređaj. Upoznaćemo se sa mnogo jednostavnijim uređajem koji nam omogućava da dobijemo slike pojedinačnih atoma i procenimo njihove veličine. Ovaj uređaj se naziva jonski projektor ili jonski mikroskop. Strukturiran je na sljedeći način: u središtu sferne posude polumjera oko 10 cm nalazi se vrh volframove igle (sl. 3). Polumjer zakrivljenosti vrha je napravljen što manjim savremenom tehnologijom obrade metala - oko 5-10 6 cm.Unutarnja površina kugle prekrivena je tankim provodljivim slojem, sposobnim, poput ekrana televizijske cijevi, sjaja pod uticajem brzih čestica. Između pozitivno nabijenog vrha i negativno nabijenog provodnog sloja stvara se napon od nekoliko stotina volti. Posuda je napunjena helijumom pri niskom pritisku od 100 Pa (0,75 mm Hg). Atomi volframa formiraju mikroskopske „izbočine“ na površini vrha (slika 4). Kada se haotično približava pomerajući atome helija sa atomima volframa, električno polje, posebno jako blizu atoma na površini vrha, uklanja elektrone iz atoma helija i pretvara te atome u ione. Joni helija se odbijaju od pozitivno nabijenog vrha i kreću se velikom brzinom duž polumjera sfere. U sudaru sa površinom sfere, joni izazivaju njeno sjaj. Kao rezultat, na ekranu se pojavljuje uvećana slika rasporeda atoma volframa na vrhu (slika 5). Svetle tačke na ekranu su slike pojedinačnih atoma. Povećanje projektora - omjer udaljenosti između slika atoma i udaljenosti između samih atoma - ispada da je jednako omjeru polumjera posude i polumjera vrha i doseže dva miliona. Zbog toga je moguće vidjeti pojedinačne atome. Prečnik atoma volframa, određen pomoću ionskog projektora, ispada približno cm, a veličine atoma pronađene drugim metodama su približno iste. Veličine molekula koje se sastoje od mnogo atoma su prirodno veće. Svakim udisajem hvatate toliko molekula u svoja pluća da kada bi svi bili ravnomjerno raspoređeni u Zemljinoj atmosferi nakon izdisaja, tada bi svaki stanovnik planete dobio dva molekula koja su se nalazila u vašim plućima pri udisanju. Mnogi eksperimenti to pokazuju molekularne veličine vrlo male. Linearna veličina molekula ili atoma može se pronaći na različite načine. Na primjer, pomoću elektronskog mikroskopa dobijaju se fotografije nekih velikih molekula, a pomoću ionskog projektora (jonskog mikroskopa) možete ne samo proučavati strukturu kristala, već odrediti udaljenost između pojedinačnih atoma u molekulu. Koristeći dostignuća savremene eksperimentalne tehnologije, bilo je moguće odrediti linearne dimenzije jednostavnih atoma i molekula koje su oko 10-8 cm, dok su linearne dimenzije složenih atoma i molekula mnogo veće. Na primjer, veličina proteinske molekule je 43 * 10 -8 cm. Za karakterizaciju atoma koristi se koncept atomskih radijusa, koji omogućava približno procjenu međuatomskih udaljenosti u molekulama, tekućinama ili čvrstim tvarima, budući da atomi nemaju jasne granice u veličini. To je atomski radijus- ovo je sfera u kojoj se nalazi najveći dio elektronske gustine atoma (najmanje 90...95%). Veličina molekula je toliko mala da se može zamisliti samo pomoću poređenja. Na primjer, molekul vode je toliko puta manji od velike jabuke, koliko puta je jabuka manja globus. Mase pojedinačnih molekula i atoma su vrlo male, pa je u proračunima pogodnije koristiti relativne, a ne apsolutne vrijednosti mase. Relativna molekulska težina(ili relativna atomska masa) supstance M r je odnos mase molekula (ili atoma) date supstance i 1/12 mase atoma ugljenika. M r = (m 0) : (m 0C / 12) gdje je m 0 masa molekula (ili atoma) date supstance, m 0C je masa atoma ugljika. Relativna molekularna (ili atomska) masa tvari pokazuje koliko je puta masa molekula tvari veća od 1/12 mase ugljičnog izotopa C12. Relativna molekulska (atomska) masa se izražava u jedinicama atomske mase. Jedinica za atomsku masu– ovo je 1/12 mase ugljičnog izotopa C12. Precizna mjerenja su pokazala da je jedinica atomske mase 1.660*10 -27 kg, tj. 1 amu = 1.660 * 10 -27 kg Relativna molekulska masa neke supstance može se izračunati dodavanjem relativnih atomskih masa elemenata koji čine molekul supstance. Relativnu atomsku masu hemijskih elemenata u periodnom sistemu hemijskih elemenata navodi D.I. Mendeljejev. U periodičnom sistemu D.I. Mendeljejev je za svaki element naznačen atomska masa, koji se mjeri u jedinicama atomske mase (amu). Na primjer, atomska masa magnezija je 24,305 amu, odnosno magnezijum je dvostruko teži od ugljika, budući da je atomska masa ugljika 12 amu. (ovo proizilazi iz činjenice da je 1 amu = 1/12 mase izotopa ugljika, koji čini većinu atoma ugljika). Zašto mjeriti masu molekula i atoma u amu ako ima grama i kilograma? Naravno, možete koristiti ove mjerne jedinice, ali će to biti vrlo nezgodno za pisanje (morat će se koristiti previše brojeva da bi se zapisala masa). Da biste pronašli masu elementa u kilogramima, trebate pomnožiti atomsku masu elementa sa 1 amu. Atomska masa se nalazi prema periodnom sistemu (napisano desno od slovne oznake elementa). Na primjer, težina atoma magnezija u kilogramima bi bila: m 0Mg = 24,305 * 1 a.u.m. = 24,305 * 1,660 * 10 -27 = 40,3463 * 10 -27 kg Masa molekula može se izračunati dodavanjem masa elemenata koji čine molekul. Na primjer, masa molekule vode (H 2 O) bit će jednaka: m 0H2O = 2 * m 0H + m 0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 am. = 29,905 * 10 -27 kg Krtica jednaka količini supstance u sistemu koji sadrži isti broj molekula koliko ima atoma u 0,012 kg ugljenika C 12. To jest, ako imamo sistem sa bilo kojom supstancom, a u ovom sistemu ima onoliko molekula ove supstance koliko ima atoma u 0,012 kg ugljika, onda možemo reći da u ovom sistemu imamo 1 mol supstance. Količina supstanceν je jednak omjeru broja molekula u datom tijelu i broja atoma u 0,012 kg ugljika, odnosno broju molekula u 1 molu tvari. ν = N / N A gdje je N broj molekula u datom tijelu, N A je broj molekula u 1 molu tvari od koje se tijelo sastoji. N A je Avogadrova konstanta. Količina supstance mjeri se u molovima. Avogadrova konstanta je broj molekula ili atoma u 1 molu supstance. Ova konstanta je dobila ime po italijanskom hemičaru i fizičaru Amedeo Avogadro (1776 – 1856). 1 mol bilo koje supstance sadrži isti broj čestica. N A = 6,02 * 10 23 mol -1 Molarna masa je masa supstance uzete u količini od jednog mola: μ = m 0 * N A gdje je m 0 masa molekula. Molarna masa se izražava u kilogramima po molu (kg/mol = kg*mol -1). Molarna masa je povezana s relativnom molekulskom masom na sljedeći način: μ = 10 -3 * M r [kg*mol -1 ] Masa bilo koje količine supstance m jednaka je umnošku mase jednog molekula m 0 na broj molekula: m = m 0 N = m 0 N A ν = μν Količina tvari jednaka je omjeru mase tvari i njezine molarne mase: ν = m/μ Masu jednog molekula supstance možemo pronaći ako su poznata molarna masa i Avogadrova konstanta: m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A Točnije određivanje mase atoma i molekula postiže se upotrebom masenog spektrometra - uređaja u kojem se snop nabijenih čestica odvaja u prostoru ovisno o njihovoj masi naboja pomoću električnih i magnetskih polja. Na primjer, pronađimo molarnu masu atoma magnezija. Kao što smo gore saznali, masa atoma magnezija je m0Mg = 40,3463 * 10 -27 kg. Tada će molarna masa biti: μ = m 0Mg * N A = 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 = 2,4288 * 10 -2 kg/mol Odnosno, 2,4288 * 10 -2 kg magnezija "stane" u jedan mol. Pa, ili oko 24,28 grama. Kao što vidimo, molarna masa (u gramima) je skoro jednaka atomskoj masi naznačenoj za element u periodnom sistemu. Stoga, kada označavaju atomsku masu, obično rade ovo: Atomska masa magnezijuma je 24.305 amu. (g/mol). >>Fizika: Osnovni principi molekularne kinetičke teorije. Molekularne veličine Volume V sloj ulja jednak je proizvodu njegove površine S po debljini d sloj, tj. V=Sd. Dakle, veličina molekule maslinovog ulja je: Nema potrebe sada nabrajati sve moguće načine dokazivanja postojanja atoma i molekula. Moderni instrumenti omogućavaju da se vide slike pojedinačnih atoma i molekula. Slika 8.2 prikazuje mikrosnimku površine silicijumske pločice, gde su izbočine pojedinačni atomi silicijuma. Takve slike su prvi put naučili da se dobiju 1981. koristeći ne obične optičke, već složene tunelske mikroskope. Veličine molekula, uključujući maslinovo ulje, više veličina atomi. Promjer bilo kojeg atoma je otprilike 10 -8 cm.Ove dimenzije su toliko male da ih je teško zamisliti. U takvim slučajevima pribjegavaju poređenjima. Svakim udisajem uhvatite toliko molekula da kada bi svi bili ravnomjerno raspoređeni u Zemljinoj atmosferi nakon izdisaja, tada bi svaki stanovnik planete dobio dva ili tri molekula koji su bili u vašim plućima pri udisanju. ??? G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizika 10. razred Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,2. Masa i veličina molekula. Avogadrova konstanta
3. Braunovo kretanje i idealni gas
Mole supstance
Avogadrova konstanta
Molekule su vrlo male, ali pogledajte kako je lako procijeniti njihovu veličinu i masu. Dovoljno je jedno zapažanje i nekoliko jednostavnih proračuna. Istina, još uvijek moramo shvatiti kako to učiniti.
Molekularna kinetička teorija strukture materije zasniva se na tri tvrdnje: materija se sastoji od čestica; ove čestice se kreću nasumično; čestice međusobno djeluju. Svaka tvrdnja je strogo dokazana kroz eksperimente.
Svojstva i ponašanje svih tijela bez izuzetka, od cilijata do zvijezda, određeni su kretanjem čestica koje međusobno djeluju: molekula, atoma ili čak manjih formacija - elementarnih čestica.
Procjena veličina molekula. Da bismo bili potpuno sigurni u postojanje molekula, moraju se odrediti njihove veličine.
Najlakši način da to učinite je da gledate kako se kap ulja, poput maslinovog ulja, širi po površini vode. Ulje nikada neće pokriti cijelu površinu ako je posuda velika ( Sl.8.1). Nemoguće je natjerati kapljicu zapremine 1 mm 3 da se raširi tako da zauzme površinu veću od 0,6 m 2. Može se pretpostaviti da kada se ulje širi preko maksimalne površine, formira sloj debljine samo jedan molekul – „monomolekularni sloj“. Lako je odrediti debljinu ovog sloja i na taj način procijeniti veličinu molekule maslinovog ulja. 
Evo jednog od njih. Ako stegnete prste u šaku i povećate je na veličinu globusa, tada će atom pri istom povećanju postati veličine šake.
Broj molekula. Uz vrlo male molekularne veličine, njihov broj u svakom makroskopskom tijelu je ogroman. Izračunajmo približan broj molekula u kapi vode mase 1 g i, prema tome, zapremine 1 cm 3.
Prečnik molekule vode je približno 3 10 -8 cm.S obzirom da svaki molekul vode, kada su molekuli čvrsto zbijeni, zauzima zapreminu (3 10 -8 cm) 3, broj molekula u kapi možete pronaći po podijeliti zapreminu kapi (1 cm 3) sa zapreminom, po molekulu:
Veličine atoma su male: .
O tri glavne odredbe molekularne kinetičke teorije će se više puta raspravljati.
1. Koja mjerenja treba izvršiti da bi se procijenila veličina molekula maslinovog ulja?
2. Ako bi se atom povećao na veličinu makovog zrna (0,1 mm), koju veličinu tijela bi zrno dostiglo sa istim povećanjem?
3. Navedite vama poznate dokaze o postojanju molekula koji se ne pominju u tekstu.