Molekulārā kinētiskā teorija ir matērijas struktūras un īpašību izpēte, izmantojot ideju par atomu un molekulu kā ķīmiskās vielas mazāko daļiņu esamību. MCT pamatā ir trīs stingri eksperimentāli pārbaudīti apgalvojumi:
Matērija sastāv no daļiņām – atomiem un molekulām, starp kurām ir atstarpes;
Šīs daļiņas atrodas haotiskā kustībā, kuras ātrumu ietekmē temperatūra;
Daļiņas mijiedarbojas viena ar otru.
To, ka viela patiešām sastāv no molekulām, var pierādīt, nosakot to izmērus: Eļļas piliens izplatās pa ūdens virsmu, veidojot slāni, kura biezums ir vienāds ar molekulas diametru. Piliens ar tilpumu 1 mm 3 nedrīkst izplatīties vairāk par 0,6 m 2:
Mūsdienu ierīces ( elektronu mikroskops, jonu projektors) ļauj redzēt atsevišķus atomus un molekulas.
Mijiedarbības spēki starp molekulām. a) mijiedarbībai ir elektromagnētisks raksturs; b) maza attāluma spēki tiek konstatēti attālumos, kas salīdzināmi ar molekulu izmēru; c) ir tāds attālums, kad pievilkšanas un atgrūšanas spēki ir vienādi (R 0), ja R>R 0, tad dominē pievilkšanas spēki, ja R Molekulāro pievilcīgo spēku darbība tiek atklāta eksperimentā ar svina cilindriem, kas salīp kopā pēc to virsmu tīrīšanas. Cietā vielā esošās molekulas un atomi iziet nejaušas vibrācijas par pozīcijām, kurās ir līdzsvaroti blakus esošo atomu pievilkšanas un atgrūšanas spēki. Šķidrumā molekulas ne tikai svārstās ap līdzsvara stāvokli, bet arī veic lēcienus no viena līdzsvara stāvokļa uz nākamo, šie molekulu lēcieni ir iemesls šķidruma plūstamībai, tā spējai pieņemt trauka formu. Gāzēs attālumi starp atomiem un molekulām parasti ir vidēji daudz lielāki nekā molekulu izmēri; atgrūšanas spēki nedarbojas lielos attālumos, tāpēc gāzes tiek viegli saspiestas; Starp gāzes molekulām praktiski nav pievilcīgu spēku, tāpēc gāzēm piemīt īpašība neierobežoti paplašināties. Jebkura viela sastāv no daļiņām, tāpēc vielas daudzums tiek uzskatīts par proporcionālu daļiņu skaitam. Vielas daudzuma vienība ir mols. Mols ir vienāds ar vielas daudzumu sistēmā, kurā ir tikpat daudz daļiņu, cik atomu ir 0,012 kg oglekļa. Molekulu skaita attiecību pret vielas daudzumu sauc par Avogadro konstanti: Avogadro konstante ir . Tas parāda, cik atomu vai molekulu ir vienā vielas molā. Vielas daudzumu var atrast kā vielas atomu vai molekulu skaita attiecību pret Avogadro konstanti: Molārā masa ir daudzums, kas vienāds ar vielas masas attiecību pret vielas daudzumu: Molmasu var izteikt kā molekulas masu: Lai noteiktu molekulu masu, vielas masa jāsadala ar tajā esošo molekulu skaitu: Brauna kustība ir gāzē vai šķidrumā suspendētu daļiņu termiskā kustība. Angļu botāniķis Roberts Brauns (1773 - 1858) 1827. gadā atklāja caur mikroskopu redzamu cieto daļiņu nejaušu kustību šķidrumā. Šo parādību sauca par Brauna kustību. Šī kustība neapstājas; pieaugot temperatūrai, tā intensitāte palielinās. Brauna kustība ir spiediena svārstību rezultāts (ievērojama novirze no vidējās vērtības). Daļiņu Brauna kustības iemesls ir tāds, ka šķidruma molekulu ietekme uz daļiņu viena otru neizslēdz. Retajā gāzē attālums starp molekulām ir daudzkārt lielāks par to izmēru. Šajā gadījumā mijiedarbība starp molekulām ir niecīga, un molekulu kinētiskā enerģija ir daudz lielāka par to mijiedarbības potenciālo enerģiju. Lai izskaidrotu vielas īpašības gāzveida stāvoklī, īstas gāzes vietā tiek izmantots tās fiziskais modelis - ideāla gāze. Modelis paredz: attālums starp molekulām ir nedaudz lielāks par to diametru; molekulas ir elastīgas bumbiņas; starp molekulām nav pievilcīgu spēku; molekulām saduroties savā starpā un ar trauka sienām, iedarbojas atgrūdoši spēki; Molekulu kustība pakļaujas mehānikas likumiem. Ideālas gāzes MKT pamatvienādojums: MKT pamata vienādojums ļauj aprēķināt gāzes spiedienu, ja ir zināma molekulas masa, ātruma kvadrāta vidējā vērtība un molekulu koncentrācija. Ideālas gāzes spiediens ir tāds, ka molekulām saduroties ar trauka sienām, tās mijiedarbojas ar tām saskaņā ar mehānikas likumiem kā elastīgiem ķermeņiem. Molekulai saduroties ar trauka sienu, ātruma v x ātruma vektora projekcija uz OX asi, kas ir perpendikulāra sienai, maina savu zīmi uz pretējo, bet paliek nemainīga. Sadursmes laikā saskaņā ar Ņūtona trešo likumu molekula iedarbojas uz sienu ar spēku F 2, kas ir vienāds ar spēku F 1 un ir vērsts pretēji. Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums (Mendeļejeva–Klapeirona vienādojums). Universāla gāzes konstante: Pamatojoties uz gāzes spiediena atkarību no tās molekulu koncentrācijas un temperatūras, ir iespējams iegūt vienādojumu, kas savieno visus trīs makroskopiskos parametrus: spiedienu, tilpumu un temperatūru, kas raksturo diezgan retas gāzes noteiktās masas stāvokli. Šo vienādojumu sauc par ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu. Kur ir universālā gāzes konstante tātad noteiktai gāzes masai Klepeirona vienādojums. Kvantitatīvās attiecības starp diviem gāzes parametriem ar fiksētu trešā parametra vērtību sauc par gāzes likumiem. Un procesi, kas notiek pie viena parametra nemainīgas vērtības, ir izoprocesi. Izotermisks process ir makroskopisku ķermeņu termodinamiskās sistēmas stāvokļa maiņas process nemainīgā temperatūrā. Dotās masas gāzei gāzes spiediena un tilpuma reizinājums ir nemainīgs, ja gāzes temperatūra nemainās. – Boila-Mariotas likums. Izohoriskais process ir makroskopisku ķermeņu termodinamiskās sistēmas stāvokļa maiņas process nemainīgā tilpumā. Gāzei ar noteiktu masu spiediena attiecība pret temperatūru ir nemainīga, ja gāzes tilpums nemainās. - Kārļa likums. Izobāriskais process ir makroskopisku ķermeņu termodinamiskās sistēmas stāvokļa maiņas process nemainīgā spiedienā. Gāzei ar noteiktu masu tilpuma attiecība pret temperatūru ir nemainīga, ja gāzes spiediens nemainās. - Geja-Lusaka likums. Vielas uzbūves molekulārās kinētiskās teorijas pamatā ir trīs priekšlikumi, no kuriem katrs ir pierādīts eksperimentāli: viela sastāv no daļiņām; šīs daļiņas pārvietojas haotiski; daļiņas mijiedarbojas viena ar otru. Ķermeņu īpašības un uzvedību, sākot no retinātām gāzēm atmosfēras augšējos slāņos līdz cietiem ķermeņiem uz Zemes, kā arī planētu un zvaigžņu superblīviem kodoliem, nosaka mijiedarbībā esošo daļiņu kustība, kas veido visus ķermeņus - molekulas. , atomi vai vēl mazāki veidojumi – elementārdaļiņas. Molekulāro izmēru novērtējums. Lai būtu pilnīgi pārliecināts par molekulu esamības realitāti, ir jānosaka to izmēri. Apskatīsim salīdzinoši vienkāršu metodi molekulu lieluma noteikšanai. Ir zināms, ka jūs nevarat piespiest pilienu olīvju eļļa tilpums izkliedēties uz ūdens virsmas, lai tas aizņemtu lielāku laukumu. Var pieņemt, ka, eļļai izkliedējoties pa maksimālo laukumu, tā veido tikai vienas molekulas biezu slāni. Šī slāņa biezumu ir viegli noteikt un tādējādi novērtēt olīveļļas molekulas lielumu Ļaujiet mums garīgi sagriezt tilpuma kubu katra laukuma kvadrātveida slāņos, lai tie varētu aptvert laukumu (2. att.). Šādu slāņu skaits būs vienāds ar: Eļļas slāņa biezumu un līdz ar to olīveļļas molekulas izmēru var noskaidrot, dalot 0,1 cm kuba malu ar slāņu skaitu: cm. Jonu projektors.Šobrīd nav nepieciešams uzskaitīt visus iespējamos veidus, kā pierādīt atomu un molekulu esamību. Mūsdienu instrumenti ļauj novērot atsevišķu atomu un molekulu attēlus. Fizikas mācību grāmatā VI klasei ir ar elektronu mikroskopu iegūta fotogrāfija, kurā var redzēt atsevišķu atomu izvietojumu uz zelta kristāla virsmas. Bet elektronu mikroskops ir ļoti sarežģīta ierīce. Mēs iepazīsimies ar daudz vienkāršāku ierīci, kas ļauj iegūt atsevišķu atomu attēlus un novērtēt to izmērus. Šo ierīci sauc par jonu projektoru vai jonu mikroskopu. Tas ir strukturēts šādi: sfēriska trauka, kura rādiuss ir aptuveni 10 cm, centrā atrodas volframa adatas gals (3. att.). Uzgaļa izliekuma rādiuss tiek veidots pēc iespējas mazāks ar modernu metālapstrādes tehnoloģiju - apmēram 5-10 6 cm. Lodes iekšējā virsma ir pārklāta ar plānu vadošu slāni, kas spēj, piemēram, televīzijas lampas ekrāns. kvēlošanai ātro daļiņu ietekmē. Starp pozitīvi lādētu galu un negatīvi lādētu vadošo slāni tiek izveidots vairāku simtu voltu spriegums. Tvertne ir piepildīta ar hēliju ar zemu spiedienu 100 Pa (0,75 mm Hg). Volframa atomi veido mikroskopiskus “izciļņus” uz gala virsmas (4. att.). Kad tuvojas haotiski kustinot hēlija atomus ar volframa atomiem, elektriskais lauks, īpaši spēcīgs netālu no gala virsmas atomiem, atdala elektronus no hēlija atomiem un pārvērš šos atomus jonos. Hēlija joni tiek atgrūsti no pozitīvi lādētā gala un pārvietojas lielā ātrumā pa sfēras rādiusiem. Saduroties ar sfēras virsmu, joni izraisa tās spīdumu. Rezultātā uz ekrāna parādās palielināts attēls ar volframa atomu izvietojumu uz gala (5. att.). Spilgtie plankumi uz ekrāna ir atsevišķu atomu attēli. Projektora palielinājums - attāluma attiecība starp atomu attēliem un attālumu starp pašiem atomiem - izrādās vienāds ar kuģa rādiusa attiecību pret gala rādiusu un sasniedz divus miljonus. Tāpēc ir iespējams redzēt atsevišķus atomus. Volframa atoma diametrs, kas noteikts ar jonu projektoru, izrādās aptuveni cm. Ar citām metodēm atrasto atomu izmēri izrādās aptuveni vienādi. Molekulu izmēri, kas sastāv no daudziem atomiem, dabiski ir lielāki. Ar katru ieelpu jūs savās plaušās uztverat tik daudz molekulu, ka, ja tās visas pēc izelpas vienmērīgi sadalītos Zemes atmosfērā, tad katrs planētas iedzīvotājs ieelpojot saņemtu divas molekulas, kas atradās jūsu plaušās. Daudzi eksperimenti to parāda molekulārais izmērsļoti mazs. Molekulas vai atoma lineāro izmēru var atrast dažādos veidos. Piemēram, izmantojot elektronu mikroskopu, tiek iegūtas dažu lielu molekulu fotogrāfijas un izmantojot jonu projektoru (jonu mikroskopu) var ne tikai pētīt kristālu uzbūvi, bet noteikt attālumu starp atsevišķiem atomiem molekulā. Izmantojot mūsdienu eksperimentālo tehnoloģiju sasniegumus, bija iespējams noteikt vienkāršu atomu un molekulu lineāros izmērus, kas ir aptuveni 10-8 cm Sarežģītu atomu un molekulu lineārie izmēri ir daudz lielāki. Piemēram, proteīna molekulas izmērs ir 43 * 10 -8 cm. Atomu raksturošanai tiek izmantots atomu rādiusu jēdziens, kas ļauj aptuveni novērtēt starpatomiskos attālumus molekulās, šķidrumos vai cietās vielās, jo atomiem nav skaidru izmēru robežu. Tas ir atomu rādiuss- tā ir sfēra, kurā atrodas lielākā daļa no atoma elektronu blīvuma (vismaz 90...95%). Molekulas izmērs ir tik mazs, ka to var iedomāties tikai, izmantojot salīdzinājumus. Piemēram, ūdens molekula ir tik reižu mazāka par lielu ābolu, cik ābols ir mazāks. globuss. Atsevišķu molekulu un atomu masas ir ļoti mazas, tāpēc aprēķinos ir ērtāk izmantot relatīvās, nevis absolūtās masas vērtības. Relatīvā molekulmasa(vai relatīvā atomu masa) vielas M r ir noteiktas vielas molekulas (vai atoma) masas attiecība pret 1/12 no oglekļa atoma masas. M r = (m 0) : (m 0C / 12) kur m 0 ir dotās vielas molekulas (vai atoma) masa, m 0C ir oglekļa atoma masa. Vielas relatīvā molekulārā (jeb atomu) masa parāda, cik reižu vielas molekulas masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa izotopa C12 masas. Relatīvo molekulāro (atomu) masu izsaka atomu masas vienībās. Atommasas vienība– tā ir 1/12 no oglekļa izotopa C12 masas. Precīzi mērījumi parādīja, ka atomu masas vienība ir 1,660 * 10 -27 kg, tas ir 1 amu = 1,660 * 10 -27 kg Vielas relatīvo molekulmasu var aprēķināt, saskaitot to elementu relatīvās atommasas, kas veido vielas molekulu. Ķīmisko elementu relatīvo atommasu ķīmisko elementu periodiskajā tabulā norāda D.I. Mendeļejevs. Periodiskajā tabulā D.I. Mendeļejevs ir norādīts katram elementam atomu masa, ko mēra atomu masas vienībās (amu). Piemēram, magnija atomu masa ir 24,305 amu, tas ir, magnijs ir divreiz smagāks par oglekli, jo oglekļa atomu masa ir 12 amu. (tas izriet no tā, ka 1 amu = 1/12 no oglekļa izotopa masas, kas veido lielāko daļu oglekļa atoma). Kāpēc mērīt molekulu un atomu masu amu, ja ir grami un kilogrami? Protams, var izmantot šīs mērvienības, taču tas būs ļoti neērti rakstīšanai (lai pierakstītu masu, būs jāizmanto pārāk daudz skaitļu). Lai atrastu elementa masu kilogramos, elementa atommasa jāreizina ar 1 amu. Atomu masu nosaka pēc periodiskās tabulas (rakstīta pa labi no elementa burtu apzīmējuma). Piemēram, magnija atoma svars kilogramos būtu: m 0Mg = 24,305 * 1 a.u.m. = 24,305 * 1,660 * 10 -27 = 40,3463 * 10 -27 kg Molekulas masu var aprēķināt, saskaitot to elementu masas, kas veido molekulu. Piemēram, ūdens molekulas (H 2 O) masa būs vienāda ar: m 0H2O = 2 * m 0H + m 0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 am. = 29,905 * 10 -27 kg Kurmis vienāds ar vielas daudzumu sistēmā, kas satur tikpat daudz molekulu, cik atomi ir 0,012 kg oglekļa C 12. Tas ir, ja mums ir sistēma ar jebkuru vielu, un šajā sistēmā ir tik daudz šīs vielas molekulu, cik atomu ir 0,012 kg oglekļa, tad mēs varam teikt, ka šajā sistēmā mums ir 1 mols vielas. Vielas daudzumsν ir vienāds ar molekulu skaita attiecību noteiktā ķermenī pret atomu skaitu 0,012 kg oglekļa, tas ir, molekulu skaitu 1 molā vielas. ν = N/N A kur N ir molekulu skaits dotajā ķermenī, N A ir molekulu skaits 1 molā vielas, no kuras sastāv ķermenis. N A ir Avogadro konstante. Vielas daudzumu mēra molos. Avogadro konstante ir molekulu vai atomu skaits 1 molā vielas. Šī konstante tika nosaukta itāļu ķīmiķa un fiziķa vārdā Amedeo Avogadro (1776 – 1856). 1 mols jebkuras vielas satur tikpat daudz daļiņu. N A = 6,02 * 10 23 mol -1 Molārā masa ir vielas masa, kas ņemta viena mola daudzumā: μ = m 0 * N A kur m 0 ir molekulas masa. Molmasu izsaka kilogramos uz molu (kg/mol = kg*mol -1). Molārā masa ir saistīta ar relatīvo molekulmasu: μ = 10 -3 * M r [kg * mol -1 ] Jebkura daudzuma vielas m masa ir vienāda ar vienas molekulas masas m 0 reizinājumu ar molekulu skaitu: m = m 0 N = m 0 N A ν = μν Vielas daudzums ir vienāds ar vielas masas attiecību pret tās molāro masu: ν = m/μ Vielas vienas molekulas masu var atrast, ja ir zināma molārā masa un Avogadro konstante: m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A Precīzāku atomu un molekulu masas noteikšanu panāk, izmantojot masas spektrometru - ierīci, kurā lādētu daļiņu stars tiek atdalīts telpā atkarībā no to lādiņa masas, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus. Piemēram, noskaidrosim magnija atoma molāro masu. Kā mēs noskaidrojām iepriekš, magnija atoma masa ir m0Mg = 40,3463 * 10 -27 kg. Tad molārā masa būs: μ = m 0Mg * NA = 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 = 2,4288 * 10 -2 kg/mol Tas ir, 2,4288 * 10 -2 kg magnija “iederas” vienā molā. Nu, vai apmēram 24,28 grami. Kā redzam, molārā masa (gramos) ir gandrīz vienāda ar atommasu, kas norādīta elementam periodiskajā tabulā. Tāpēc, norādot atomu masu, viņi parasti rīkojas šādi: Magnija atomu masa ir 24,305 amu. (g/mol). >>Fizika: molekulārās kinētiskās teorijas pamatprincipi. Molekulārie izmēri Skaļums V eļļas slānis ir vienāds ar tā virsmas laukuma reizinājumu S pēc biezuma d slānis, t.i. V=Sd. Tāpēc olīveļļas molekulas izmērs ir: Tagad nav nepieciešams uzskaitīt visus iespējamos veidus, kā pierādīt atomu un molekulu esamību. Mūsdienu instrumenti ļauj redzēt atsevišķu atomu un molekulu attēlus. 8.2. attēlā parādīts silīcija vafeles virsmas mikrogrāfs, kur izciļņi ir atsevišķi silīcija atomi. Pirmo reizi šādus attēlus iemācījās iegūt 1981. gadā, izmantojot sarežģītus tunelēšanas mikroskopus, nevis parastos optiskos. Molekulu izmēri, ieskaitot olīveļļu, vairāk izmēru atomi. Jebkura atoma diametrs ir aptuveni 10–8 cm. Šie izmēri ir tik mazi, ka tos ir grūti iedomāties. Šādos gadījumos viņi izmanto salīdzinājumus. Ar katru ieelpu jūs uztverat tik daudz molekulu, ka, ja tās visas pēc izelpas vienmērīgi sadalītos Zemes atmosfērā, tad katrs planētas iedzīvotājs ieelpojot saņemtu divas vai trīs molekulas, kas atrodas jūsu plaušās. ??? G.Ja.Mjakiševs, B.B.Buhovcevs, N.N.Socskis, fizika 10.kl. Ja jums ir labojumi vai ieteikumi šai nodarbībai,2. Molekulu masa un izmērs. Avogadro konstante
3. Brauna kustība un ideālā gāze
Vielas mols
Avogadro konstante
Molekulas ir ļoti mazas, taču paskatieties, cik viegli ir novērtēt to lielumu un masu. Pietiek ar vienu novērojumu un pāris vienkāršiem aprēķiniem. Tiesa, mums vēl ir jāizdomā, kā to izdarīt.
Vielas struktūras molekulārās kinētiskās teorijas pamatā ir trīs apgalvojumi: viela sastāv no daļiņām; šīs daļiņas pārvietojas nejauši; daļiņas mijiedarbojas viena ar otru. Katrs apgalvojums ir stingri pierādīts ar eksperimentiem.
Visu bez izņēmuma ķermeņu īpašības un uzvedību, sākot no ciliātiem līdz zvaigznēm, nosaka daļiņu kustība, kas mijiedarbojas savā starpā: molekulas, atomi vai pat mazāki veidojumi - elementārdaļiņas.
Molekulāro izmēru novērtējums. Lai būtu pilnīgi pārliecināts par molekulu esamību, ir jānosaka to izmēri.
Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir vērot, kā eļļas piliens, piemēram, olīveļļa, izplatās pa ūdens virsmu. Eļļa nekad nenosegs visu virsmu, ja trauks ir liels ( 8.1.att). Pilienu ar tilpumu 1 mm 3 nav iespējams izkliedēt tā, lai tas aizņemtu vairāk nekā 0,6 m 2 virsmas. Var pieņemt, ka, eļļai izkliedējot maksimālo laukumu, tā veido tikai vienas molekulas biezu slāni - “monomolekulāro slāni”. Šī slāņa biezumu ir viegli noteikt un tādējādi novērtēt olīveļļas molekulas lielumu. 
Šeit ir viens no tiem. Ja savelciet pirkstus dūrē un palielināsiet to līdz zemeslodes izmēram, tad atoms tādā pašā palielinājumā kļūs dūres lielumā.
Molekulu skaits. Ar ļoti maziem molekulu izmēriem to skaits jebkurā makroskopiskā ķermenī ir milzīgs. Aprēķināsim aptuveno molekulu skaitu ūdens pilē, kuras masa ir 1 g un līdz ar to tilpums 1 cm 3.
Ūdens molekulas diametrs ir aptuveni 3 10 -8 cm, ņemot vērā, ka katra ūdens molekula ar blīvu molekulu iesaiņojumu aizņem tilpumu (3 10 -8 cm) 3, molekulu skaitu var atrast pa pilienam. dalot piliena tilpumu (1 cm 3) ar tilpumu uz vienu molekulu:
Atomu izmēri ir mazi: .
Trīs galvenie molekulārās kinētiskās teorijas noteikumi tiks apspriesti atkārtoti.
1. Kādi mērījumi jāveic, lai novērtētu olīveļļas molekulas lielumu?
2. Ja atomu palielinātu līdz magoņu sēklas izmēram (0,1 mm), kādu ķermeņa izmēru grauds sasniegtu ar tādu pašu pieaugumu?
3. Uzskaitiet jums zināmos pierādījumus par molekulu esamību, kuras tekstā nav minētas.