Молекулярная физика

3.1. Основные положения МКТ

Молекулярная физика

Молекулярная физика и термодинамика – это по существу две разные по своим подходам, но тесно связанные науки, занимающиеся одним и тем же – изучением макроскопических свойств физических систем, но совершенно разными методами.

В основе молекулярной физики или молекулярно-кинетической теории лежат определенные представления о строении вещества. Для установления законов поведения макроскопических систем, состоящих из огромного числа частиц, в молекулярной физике используются различные модели вещества, например, модели идеального газа.

Молекулярная физика является статистической теорией, т. е. теорией, которая рассматривает поведение систем, состоящих из огромного числа частиц (атомов, молекул), на основе вероятностных моделей.

Она стремится на основе статистического подхода установить связь между экспериментально измеренными макроскопическими величинами (давление, объем, температура и т.д.

) и микроскопическими характеристиками частиц, входящих в состав системы (масса, импульс, энергия и т.д.).

В отличие от молекулярно-кинетической теории, термодинамика при изучении свойств макроскопических систем не опирается ни на какие представления о молекулярной структуре вещества. Термодинамика является наукой феноменологической.

Она делает выводы о свойствах вещества на основе законов, установленных на опыте, таких, как закон сохранения энергии. Термодинамика оперирует только с макроскопическими величинами (давление, температура, объем и т.п.

), которые вводятся на основе физического эксперимента.

Оба подхода – термодинамический и статистический – не противоречат, а дополняют друг друга. Только совместное использование термодинамики и молекулярно-кинетической теории может дать наиболее полное представление о свойствах систем, состоящих из большого числа частиц.

Молекулярно-кинетическая теория

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

  1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е.

    состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы.

    При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

  2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

  3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Рисунок 3.1.1.Траектория броуновской частицы

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном в 1827 г. Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга.

В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую (рис. 3.1.1). Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г.

Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Ж. Перрена, проведенных в 1908–1911 гг.

Главный вывод теории А. Эйнштейна состоит в том, что квадрат смещения броуновской частицы от начального положения, усредненный по многим броуновским частицам, пропорционален времени наблюдения t.

Это соотношение выражает так называемый диффузионный закон. Как следует из теории коэффициент пропорциональности D монотонно возрастает с увеличением температуры.

Постоянное хаотичное движение молекул вещества проявляется также в другом легко наблюдаемом явлении – диффузии. Диффузией называется явление проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга. Наиболее быстро процесс протекает в газе, если он неоднороден по составу. Диффузия приводит к образованию однородной смеси независимо от плотности компонентов.

Так, если в двух частях сосуда, разделенных перегородкой, находятся кислород O2 и водород H2, то после удаления перегородки начинается процесс взаимопроникновения газов друг в друга, приводящий к образованию взрывоопасной смеси – гремучего газа.

Этот процесс идет и в том случае, когда легкий газ (водород) находится в верхней половине сосуда, а более тяжелый (вислород) – в нижней.

Значительно медленнее протекают подобные процессы в жидкостях. Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях.

В реальных условиях диффузия в жидкостях и газах маскируется более быстрыми процессами перемешивания, например, из-за возникновения конвекционных потоков.

Наиболее медленно процесс диффузии протекает в твердых телах. Однако, опыты показывают, что при контакте хорошо очищенных поверхностей двух металлов через длительное время в каждом из них обнаруживается атомы другого металла.

Диффузия и броуновское движение – родственные явления. Взаимопроникновение соприкасающихся веществ друг в друга и беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходят вследствие хаотичного теплового движения молекул.

Модель. Броуновское движение

Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды.

Если расстояние между молекулами достаточно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания.

Зависимости результирующей силы F и потенциальной энергии Eр взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами качественно изображены на рис. 3.1.2. При некотором расстоянии r = r0 сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы.

Потенциальная энергия взаимодействия при r = r0 минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r0, нужно сообщить им дополнительную энергию E0. Величина E0 называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи.

Рисунок 3.1.2.Сила взаимодействия F и потенциальная энергия взаимодействия Eр двух молекул. F > 0 – сила отталкивания, F 

Источник: https://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph1/theory.html

Основные положения МКТ. Масса и размер молекул. Количество вещества. Молекулярная физика — Класс!ная физика

Молекулярная физика

МКТ — это просто!

«Ничто не существует, кроме атомов и пустого пространства …» — Демокрит
«Любое тело может делиться до бесконечности» — Аристотель

Цель МКТ — это объяснение строения и свойств различных макроскопических тел и тепловых явлений, в них протекающих, движением и взаимодействием частиц, из которых состоят тела.
Макроскопические тела — это большие тела, состоящие из огромного числа молекул.
Тепловые явления — явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел.

Основные утверждения МКТ

1.

Вещество состоит из частиц (молекул и атомов). 2. Между частицами есть промежутки. 3. Частицы беспорядочно и непрерывно движутся.

4. Частицы взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).

Подтверждение МКТ:

1.

экспериментальное — механическое дробление вещества; растворение вещества в воде; сжатие и расширение газов; испарение; деформация тел; диффузия; опыт Бригмана: в сосуд заливается масло, сверху на масло давит поршень, при давлении 10 000 атм масло начинает просачиваться сквозь стенки стального сосуда; — диффузия; броуновское движение частиц в жидкости под ударами молекул; — плохая сжимаемость твердых и жидких тел; значительные усилия для разрыва твердых тел; слияние капель жидкости; 2. прямое графирование, определение размеров частиц.

Броуновское движение

Броуновское движение — это тепловое движение взвешенных частиц в жидкости (или газе). Броуновское движение стало доказательством непрерывного и хаотичного (теплового) движения молекул вещества. — открыто английским ботаником  Р. Броуном в 1827 г. — дано теоретическое объяснение на основе МКТ А. Эйнштейном в 1905 г.

— экспериментально подтверждено французским физиком Ж. Перреном.

Размеры частиц

Диаметр любого атома составляет около см.

Число молекул в веществе

где V — объем вещества, Vo — объем одной молекулы

Масса одной молекулы

где m — масса вещества, N — число молекул в веществе Единица измерения массы в СИ: [m]= 1 кг В атомной физике массу обычно измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.).

Условно принято считать за 1 а.е.м. :

Относительная молекулярная масса вещества

Для удобства расчетов вводится величина — относительная молекулярная масса вещества.
Массу молекулы любого вещества можно сравнить с 1/12 массы молекулы углерода.

где числитель — это масса молекулы, а знаменатель — 1/12 массы атома углерода

— это величина безразмерная, т.е. не имеет единиц измерения

Относительная атомная масса химического элемента

где числитель — это масса атома, а знаменатель — 1/12 массы атома углерода

— величина безразмерная, т.е. не имеет единиц измерения Относительная атомная масса каждого химического элемента дана в таблице Менделеева.

Другой способ определения относительной молекулярной массы вещества

Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс химических элементов, входящих в состав молекулы вещества.
Относительную атомную массу любого химического элемента берем из таблицы Менделеева!)

Количество вещества (ν) определяет относительное число молекул в теле.

где N — число молекул в теле, а Na — постоянная Авогадро Единица измерения количества вещества в системе СИ: [ν]= 1 моль

1 моль — это количество вещества, в котором содержится столько молекул (или атомов), сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.

Запомни!
В 1 моле любого вещества содержится одинаковое число атомов или молекул!

Но!

Одинаковые количества вещества для разных веществ имеют разную массу!

Постоянная Авогадро

Число атомов в 1 моле любого вещества называют числом Авогадро или постоянной Авогадро:

Молярная масса

Молярная масса  (M) — это масса вещества, взятого  в одном моле, или иначе — это масса одного моля вещества.

где

— масса молекулы
— постоянная Авогадро

Единица измерения молярной массы: [M]=1 кг/моль.

Эти формулы получаются в результате подстановки вышерассмотренных формул.

Масса любого количества вещества

и формула для 7 класса

(плотность х объем)

Количество вещества

Число молекул в веществе

Молярная масса

Масса одной молекулы

Связь между относительной молекулярной массой и молярной массой

Назад в раздел «10-11 класс»

Молекулярная физика. Термодинамика — Класс!ная физика

Основные положения МКТ. Масса и размер молекул. Количество вещества. — Взаимодействие молекул. Строение твердых тел, жидкостей и газов. — Идеальный газ. Основное уравнение МКТ. — Температура. Тепловое равновесие.

Абсолютная шкала температур. — Уравнение состояния идеального газа. — Изопроцессы. Газовые законы. — Взаимные превращения жидкостей и газов. Влажность воздуха. — Твердые тела. Кристаллические тела. Аморфные тела.

Источник: http://class-fizika.ru/10_29.html

Молекулярная физика | Фізика — легко!

Молекулярная физика

Молекулярная физика – это раздел физики, в котором законы механики применяются не к каждой отдельной частице вещества, а к их совокупности. При этом используются усреднённые физические величины.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) – это теория, которая рассматривает строение вещества с точки зрения трёх основных положений.

1. Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов);

Атом – наименьшая частица химического элемента, которая обладает его свойствами.

Молекула – наименьшая частица вещества, которая обладает его химическими свойствами.

В состав молекулы может входить различное число атомов. Так, молекулы углерода и инертных газов одноатомны, молекулы таких веществ, как водород и азот – двухатомны, воды – трехатомны и т.д.

Молекулы наиболее сложных веществ – высших белков и нуклеиновых кислот – построены из сотни тысяч атомов. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом.

Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных веществ очень велико.

Молекула определенного вещества имеет иные физические свойства нежели само вещество. Такие свойства, как температура плавления и кипения, механическая прочность и твердость, определяются прочностью связи между молекулами в данном веществе при данном его агрегатном состоянии.

Поэтому применение подобных понятий к отдельной молекуле не имеет смысла.
Плотность – это свойство, которым отдельная молекула обладает и которое можно вычислить. Однако плотность молекулы всегда больше плотности вещества (даже в твердом состоянии), потому что в любом веществе между молекулами всегда имеется некоторое свободное пространство.

Электрическая проводимость, теплоемкость, определяются не свойствами молекул, а структурой веществ в целом. Эти свойства сильно изменяются при изменении агрегатного состояния вещества, тогда как молекулы при этом не претерпевают глубоких изменений.

Таким образом, понятия о некоторых физических свойствах не применимы к отдельной молекуле, но сами эти свойства по своей величине различны для молекулы и вещества в целом.

Не во всех случаях частицы, образующие вещество, представляют собой молекулы. Многие вещества в твердом и жидком состоянии, например, большинство солей, имеют не молекулярную, а ионную структуру.

Некоторые вещества имеют атомное строение.

В веществах, имеющих ионное или атомное строение, носителем химических свойств являются не молекулы, а те комбинации ионов или атомов, которые образуют данное вещество.

Доказательства положения:

1. Фотографии поверхности физического тела, сделанные с помощью туннельного микроскопа (был создан в середине 80-х годов сотрудниками знаменитой компьютерной фирмы IBM (г. Цюрих) Г. Биннингом и Г. Рорером, удостоенными за его изобретение Нобелевской премии);

2. Закон постоянных отношений Джона Дальтона.

Первое убедительное, хотя и косвенное, доказательство существования атомов и молекул было получено английским химиком Д. Дальтоном (1766—1844). Дальтон объяснил закон постоянных отношений.

Согласно этому закону при образовании любых химических соединений массы реагирующих веществ находятся в строго определенных отношениях. Так, например, при образовании воды из водорода и кислорода отношение масс прореагировавших газов водорода и кислорода всегда равно 1:8.

Этот факт становится понятным лишь в том случае, если допустить, что при образовании мельчайшей частички воды — молекулы — некоторое определенное число атомов водорода соединяется с определенным числом атомов кислорода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Поэтому отношение масс водорода и кислорода при образовании воды должно быть равно отношению удвоенной массы атома водорода к массе атома кислорода. Это отношение не может измениться ни при каких условиях.

2. Молекулы (атомы) вещества находятся в беспрерывном хаотическом (тепловом) движении;

Характер движения зависит от агрегатного состояния вещества, а скорость – от температуры.

3. Молекулы (атомы) взаимодействуют между собой, между частицами действуют силы притяжения и отталкивания;

Эти силы действуют одновременно.

На определённом расстояния между молекулами (r0) эти силы равны между собой. На расстояниях r < r0 преобладают силы отталкивания, при r > r0 – притяжения.

Относительная молекулярная (атомная) масса химического элемента

Для определения масс отдельных атомов принята особая единица, которая равна 1/12 массы атома Карбона (углерода). Поскольку атомы одного и того же химического элемента отличаются массой (изотопы), поэтому в таблице Менделеева значения относительных молекулярных (атомных) масс нецелые.

Относительная молекулярная (атомная) масса химического элемента Мr – это число, которое показывает, во сколько раз средняя масса его молекулы m0 (атома) больше чем 1/12 массы атома Карбона m0C, то есть

Количество вещества

Количество вещества (ν) определяется числом N структурных частиц (атомов, молекул или других частиц) в образце. [ν] = 1 моль.

Моль – это количество вещества, которое содержит столько же структурных частиц данного вещества, сколько атомов Карбона содержится в 12 г углерода.

NА = 6,02·1023 (моль-1) – постоянная Авогадро (количество атомов или молекул в 1 моле любого вещества).
Установлено, что в 12 г углерода содержится 6·1023 атомов, таким образом, 1 моль води – это 6·1023 молекул води, 1 моль Сульфура – это 6·1023 атомов серы).

Согласно закону Авогадро 1 моль идеального газа занимает при нормальных условиях объём 22,4 л/моль.

Молярная масса

Молярная масса М вещества – это величина, которая равна отношению его массы m к соответствующему количеству вещества ν; или молярная масса вещества – это масса одного моля вещества. [М] = 1 г/моль. Тогда

Масса молекулы m0 вещества связана с его молярной массой соотношением

Масса тела можно выразить через массу одной молекулы и число молекул:

m = m0 N

Числовое значение молярной массы вещества совпадает с числовым значением относительной молекулярной (атомной) массой элемента.

Пример, М(CuSO4) = 64 + 32 + 4·16 = 160 г/моль; Мr (CuSO4) = 160

Источник: https://www.easyphysics.in.ua/category/10class/molecular_physics/

МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ФИ́ЗИКА

Молекулярная физика

Авторы: Л. Б. Бойнович, А. М. Емельяненко, Н. В. Чураев

МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ФИ́ЗИКА, раз­дел фи­зи­ки, в ко­то­ром ис­сле­ду­ют­ся фи­зич. свой­ст­ва тел на ос­но­ве рас­смот­ре­ния их мо­ле­ку­ляр­но­го строе­ния. В М. ф.

изу­ча­ют­ся: строе­ние ве­ще­ст­ва и его из­ме­не­ние под влия­ни­ем внеш­них фак­то­ров (дав­ле­ния, темп-ры, разл. фи­зич.

по­лей), яв­ле­ния пе­ре­но­са энер­гии, им­пуль­са и ве­ще­ст­ва, фа­зо­вое рав­но­ве­сие и фа­зо­вые пе­ре­хо­ды 1-го и 2-го ро­дов, по­верх­но­ст­ные яв­ле­ния на гра­ни­цах раз­де­ла фаз, яв­ле­ния, свя­зан­ные с умень­ше­ни­ем ха­рак­тер­ных раз­ме­ров тел.

Пер­вые пред­по­ло­же­ния о дис­крет­ном строе­нии ве­ще­ст­ва воз­ник­ли в глу­бо­кой древ­но­сти (Лев­кипп, Де­мок­рит). В 17 в. эти идеи воз­ро­дил П. Гас­сен­ди. В 1660 Р.

 Бойль вы­пол­нил опы­ты по сжи­мае­мо­сти га­зов и пред­ло­жил объ­яс­не­ние на­блю­дае­мых свойств на ос­но­ве пред­став­ле­ния о мель­чай­ших час­ти­цах га­зов, ко­то­рые он, сле­дуя Гас­сен­ди, на­звал мо­ле­ку­ла­ми. Тео­ре­тич. объ­яс­не­ние за­ко­нов, ус­та­нов­лен­ных Бой­лем, на ос­но­ве ги­по­те­зы мо­ле­ку­ляр­но­го строе­ния ве­ще­ст­ва впер­вые дал Д.

 Бер­ну­лли (см. в ст. Бер­нул­ли). Он вы­ра­зил (1738) дав­ле­ние га­за че­рез чис­ло столк­но­ве­ний мо­ле­кул со стен­кой и при­шёл к вы­во­ду о воз­рас­та­нии ско­ро­сти мо­ле­кул га­за с рос­том темп-ры.

В 18–19 вв. мо­ле­ку­ляр­ная тео­рия строе­ния ве­ще­ст­ва бы­ла раз­ви­та в ра­бо­тах М. В. Ло­мо­но­со­ва, Дж. Джо­уля, Р. Клау­зиу­са, Дж. К. Мак­свел­ла и Л. Больц­ма­на. Пря­мая экс­пе­рим. про­вер­ка тео­ре­тич. вы­во­дов о рас­пре­де­ле­нии мо­ле­кул га­за по ско­ро­стям бы­ла про­ве­де­на ме­то­дом мо­ле­ку­ляр­ных пуч­ков франц. фи­зи­ком Л. Дю­ну­айе (1911) и О. Штер­ном (1920).

Раз­ви­тию М. ф. спо­соб­ст­во­ва­ли так­же ис­сле­до­ва­ния бро­унов­ско­го дви­же­ния, впер­вые опи­сан­ные Р. Бро­уном (1827). Тео­ре­тич. обос­но­ва­ния ги­по­те­зы о мо­ле­ку­ляр­ной при­ро­де бро­унов­ско­го дви­же­ния бы­ли да­ны в ста­ти­стич. тео­рии А. Эйн­штей­на (1905) и М. Смо­лу­хов­ско­го (1908). Бле­стя­щая экс­пе­рим.

про­вер­ка спра­вед­ли­во­сти этой тео­рии, вы­пол­нен­ная в ра­бо­тах Ж. Пер­ре­на (1908–1913) и Т. Свед­бер­га (1906–11), при­ве­ла к при­зна­нию мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­чес­кой тео­рии строе­ния ве­ще­ст­ва. В про­цес­се раз­ви­тия ки­не­ти­че­ской тео­рии га­зов ра­бо­та­ми Дж. К. Мак­свел­ла, Л. Больц­ма­на, Дж. У. Гиб­бса бы­ла соз­да­на клас­сич.

ста­ти­стич. фи­зи­ка.

Ко­ли­че­ст­вен­ные пред­став­ле­ния о взаи­мо­дей­ст­вии мо­ле­кул на­ча­ли раз­ви­вать­ся в тео­рии ка­пил­ляр­ных яв­ле­ний. Клас­сич. ра­бо­ты в этой об­лас­ти, вы­пол­ненные А. Кле­ро (1743), П. Ла­п­ла­сом (1806), Т. Юн­гом (1805), С. Пу­ас­со­ном (1831), К. Га­ус­сом (1830–31), бельг. учёным Ж. Пла­то (1843), Дж. Рэ­ле­ем (1890) и др.

, по­ло­жи­ли на­ча­ло тео­рии по­верх­но­ст­ных яв­ле­ний. Меж­мо­ле­ку­ляр­ные взаи­мо­дей­ст­вия бы­ли уч­те­ны Й. Д. Ван дер Ва­аль­сом при объ­яс­не­нии фи­зич. свойств ре­аль­ных га­зов и жид­ко­стей (1873), а так­же при по­строе­нии тер­мо­ди­на­мич. тео­рии ка­пил­ляр­но­сти (1894).

Идеи Ван дер Ва­аль­са о ква­зи­ас­со­циа­ци­ях мо­ле­кул, вы­зван­ных меж­мо­ле­ку­ляр­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, бы­ли ис­поль­зо­ва­ны в од­ном из осн. под­хо­дов ста­ти­стич. ме­ха­ни­ки ре­аль­ных га­зов – в ви­ри­аль­ном раз­ло­же­нии, пред­ло­жен­ном Х. Ка­мер­линг-Он­не­сом (1901) и обос­но­ван­ном англ. ма­те­ма­ти­ком Х.

 Ур­сел­лом (1927) и амер. фи­зи­ко­хи­ми­ком Дж. Май­е­ром (1937).

Во­прос о при­ро­де меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий впер­вые был по­став­лен П. Н. Ле­бе­де­вым (1894), ко­то­рый ука­зал на их элек­тро­маг­нит­ный ха­рак­тер. В 20 в. ко­ли­че­ст­вен­ная тео­рия мо­ле­ку­ляр­ных сил раз­ви­ва­лась в ра­бо­тах Ф. Лон­до­на (1930), ни­дерл. фи­зи­ков Х. Ка­зи­ми­ра и Д.

 Поль­де­ра (1948) и в даль­нейшем бы­ла при­ме­не­на при по­строе­нии мик­ро­ско­пич. тео­рии мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ни­дерл. фи­зи­ка Х. Га­ма­ке­ра (1937) и мак­ро­ско­пич. тео­рии мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду кон­ден­си­ро­ван­ны­ми те­ла­ми Е. М. Лиф­ши­ца (1954). Пря­мые экс­пе­рим.

из­ме­ре­ния сил мо­ле­ку­ляр­но­го при­тя­же­ния в за­ви­си­мо­сти от рас­стоя­ния ме­ж­ду те­ла­ми впер­вые бы­ли вы­пол­не­ны рос. учё­ны­ми Б. В. Де­ря­ги­ным и И. И. Аб­ри­ко­со­вой (1951) и по­ка­за­ли ко­ли­че­ст­вен­ное со­гла­сие с раз­ви­той позд­нее мак­ро­ско­пич. тео­ри­ей И. Е. Дзя­ло­шин­ско­го, Е. М. Лиф­ши­ца и Л. П.

 Пи­та­ев­ско­го (1959), обоб­щив­шей под­ход Лиф­ши­ца на слу­чай взаи­мо­дей­ст­вия тел че­рез про­слой­ку кон­ден­си­ро­ван­ной фа­зы.

Раз­ви­тие М. ф. при­ве­ло к вы­де­ле­нию из неё са­мо­сто­ят. раз­де­лов: ста­ти­сти­че­ской фи­зи­ки, ки­не­ти­ки фи­зи­че­ской, фи­зи­ки кон­ден­си­ров. со­стоя­ния ве­ще­ст­ва и др. На ос­но­ве об­щих тео­ре­тич. пред­став­ле­ний М. ф.

по­лу­чи­ли раз­ви­тие фи­зи­ка по­ли­ме­ров, кри­стал­ло­фи­зи­ка, фи­зи­ка плаз­мы, кол­ло­ид­ная хи­мия, тео­рии мас­со- и те­п­ло­пе­ре­но­са, фи­зи­ко-хи­мич. ме­ха­ни­ка, фи­зи­ка на­но­раз­мер­но­го со­стоя­ния ве­ще­ст­ва. При всём раз­ли­чии объ­ек­тов и ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния в этих раз­де­лах нау­ки со­хра­ня­ет­ся гл. идея М. ф.

 – опи­са­ние мак­ро­ско­пич. свойств ве­ще­ст­ва на ос­но­ве мик­ро­ско­пич. (мо­ле­ку­ляр­ной) кар­ти­ны его строе­ния.

За­да­чи М. ф. свя­за­ны с изу­че­ни­ем дви­же­ния и взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц (ато­мов, мо­ле­кул, ио­нов, элек­тро­нов), со­став­ляю­щих фи­зич. те­ла. Для ре­ше­ния этих за­дач при­ме­ня­ют­ся тео­ре­тич., экс­пе­рим. и чис­лен­ные ме­то­ды ста­ти­стич. и кван­то­вой ме­ха­ни­ки, тер­мо­ди­на­ми­ки и фи­зич. ки­не­ти­ки, элек­тро­ди­на­ми­ки, спек­тро­ско­пии.

Раз­ви­тые в 20 в. экс­пе­рим. ме­то­ды, та­кие как элек­трон­ная и атом­но-си­ло­вая мик­ро­ско­пия, масс-спек­тро­мет­рия, разл. ви­ды спек­тро­ско­пии (ра­дио­час­тот­ная, оп­тич.

, рент­ге­нов­ская) и ядер­ный маг­нит­ный ре­зо­нанс, по­зво­ля­ют с вы­со­кой точ­но­стью оп­ре­де­лять строе­ние и раз­ме­ры ато­мов и мо­ле­кул, изу­чать за­ко­но­мер­но­сти их взаи­мо­дей­ст­вия.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/2224064

Основные положения МКТ. Строение вещества. Молекула. урок. Физика 10 Класс

Молекулярная физика

Данный видеоурок посвящен теме «Основные положения МКТ. Строение вещества. Молекула». Здесь вы узнаете, что изучает молекулярно-кинетическая теория (МКТ) в физике. Познакомитесь с тремя основными положениями, на которых базируется МКТ. Узнаете, чем определяются физические свойства вещества и что представляют собой атом и молекула.

Для начала давайте вспомним все предыдущие разделы физики, которые мы изучали, и поймём, что всё это время мы рассматривали процессы, происходящие с макроскопическими телами (или объектами макромира). Теперь же мы будем изучать их строение и процессы, протекающие внутри них.

Определение. Макроскопическое тело – тело, состоящее из большого числа частиц. Например: машина, человек, планета, бильярдный шар…

Микроскопическое тело – тело, состоящее из одной или нескольких частиц. Например: атом, молекула, электрон… (рис. 1) 

Рис. 1. Примеры микро- и макрообъектов соответственно

Определив таким образом предмет изучения курса МКТ, следует теперь поговорить об основных целях, которые ставит перед собой курс МКТ, а именно:

  1. Изучение процессов, происходящих внутри макроскопического тела (движение и взаимодействие частиц)
  2. Свойства тел (плотность, масса, давление (для газов)…)
  3. Изучение тепловых явлений (нагревание-охлаждение, изменения агрегатных состояний тела)

Изучение этих вопросов, которое будет проходить на протяжении всей темы, начнётся сейчас с того, что мы сформулируем так называемые основные положения МКТ, то есть некоторые утверждения, истинность которых уже давно не подвергается сомнениям, и, отталкиваясь от которых, будет строиться весь дальнейший курс.

Разберём их по очереди:

Все вещества состоят из большого количества частиц – молекул и атомов.

Определение. Атом – мельчайшая частица химического элемента. Размеры атомов (их диаметр) имеет порядок  см. Стоит отметить, что различных типов атомов, в отличие от молекул, относительно немного. Все их разновидности, которые на сегодняшний день известны человеку, собраны в так называемой таблице Менделеева (см. рис. 2)

Рис. 2. Периодическая таблица химических элементов (по сути разновидностей атомов) Д. И. Менделеева

Молекула – структурная единица вещества, состоящая из атомов. В отличие от атомов, они больше и тяжелее последних, а главное, они обладают огромным разнообразием.

Вещество, молекулы которого состоят из одного атома, называются атомарными, из большего количества – молекулярными. Например: кислород, вода, поваренная соль () – молекулярные; гелий серебро (He, Ag) – атомарные.

Причём следует понимать, что свойства макроскопических тел будут зависеть не только от количественной характеристики их микроскопического состава, но и от качественной.

Если в строении атомов вещество имеет какую-то определённую геометрию (кристаллическую решётку), или же, наоборот, не имеет, то этим телам будут присущи различные свойства. Например, аморфные тела не имеют строгой температуры плавления. Самый известный пример – это аморфный графит и кристаллический алмаз. Оба вещества состоят из атомов углерода.

Рис. 3. Графит и алмаз соответственно

Таким образом «из скольких, в каком взаимном расположении и каких атомов и молекул состоит вещество?» — первый вопрос, ответ на который приблизит нас к пониманию свойств тел.

Все упомянутые выше частицы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении.

Так же, как и в рассматриваемых выше примерах, важно понимание не только количественных аспектов этого движения, но и качественных для различных веществ.

Молекулы и атомы твёрдых тел совершают лишь небольшие колебания относительно своего постоянного положения; жидких – также совершают колебания, но из-за больших размеров межмолекулярного пространства иногда меняются местами друг с другом; частички газа, в свою очередь, практически не сталкиваясь, свободно перемещаются в пространстве.

Частицы взаимодействуют друг с другом.

Взаимодействие это носит электромагнитный характер (взаимодействия ядер и электронов атома) и действует в обе стороны (как притягивание, так и отталкивание).

Здесь: d – расстояние между частицами; a – размеры частиц (диаметр).

Впервые понятие «атом» было введено древнегреческим философом и естествоведом Демокритом (рис. 4). В более поздний период активно задался вопросом о структуре микромира русский учёный Ломоносов (рис. 5).

Рис. 4. Демокрит

 Рис. 5. Ломоносов 

На следующем занятии мы введём методы качественного обоснования основным положениям МКТ.

Список литературы

  1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Elementy.ru (Источник).
  2. Samlib.ru (Источник).
  3. (Источник).

Домашнее задание

  1. *Благодаря какой силе возможно сделать эксперимент по измерению размеров молекулы масла, показанный в видеоуроке?
  2. Почему молекулярно-кинетическая теория не рассматривает органические соединения?
  3. Почему даже очень маленькая песчинка песка является объектом макромира?
  4. Силы преимущественно какой природы действуют на частицы со стороны других частиц?
  5. Как определить, является ли некая химическая структура химическим элементом?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/osnovy-molekulyarno-kineticheskoy-teorii/osnovnye-polozheniya-mkt-stroenie-veschestva-molekula

Booksm
Добавить комментарий