Каждая частица газа обладает микроскопическими параметрами

Основы МКТ
Цель молекулярно-кинетической теории-объяснение
свойств макроскопических тел и тепловых процессов,
происходящих в них, на основе представления о том,
что все тела состоят из отдельных, беспорядочно
движущихся частиц.
Основные положения МКТ
1.Вещество состоит из частиц. Под частицами чаще всего
понимают более крупные образования-молекулы и атомы,
но они в свою очередь состоят из более мелких
элементарных частиц, которых в настоящее время
открыто более 350. Их детальным изучением занимается
физика элементарных частиц.
Кристалл платины, с отчетливо
просматриваемой молекулярной
структурой
Молекула фуллерена - атомы углерода
под атомно-силовым микроскопом
отчетливо видны
2. Частицы беспорядочно двигаются.
Схематическое изображение
движения одного электрона в
твердом теле (полупроводник)
Броуновское движение частицы
гуммигута в воде.
Точками отмечены
последовательные положения
частицы через каждые 30 сек.
Наблюдения велись
(Ж. Перроном) под
микроскопом при увеличении
около 3000
3.Частицы взаимодействуют друг с другом
Вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях, и взаимодействие
молекул в них также будет различным. Молекулы жидкости находятся в непрерывном
хаотическом тепловом движении,
отличающемся от хаотического теплового движения газов и твердых тел.
В жидкостях это движение осуществляется в виде колебаний (1013
колебаний в секунду)
относительно мгновенных центров и скачкообразных переходов от одного центра
к другому. Тепловое движение молекул твердых тел состоит в
колебаниях относительно стабильных центров.
Тепловое движение молекул газа выглядит, как непрерывные скачкообразные
перемены мест.
Масса молекул.
Массы отдельных молекул и атомов очень малы. Например, в 1 г воды
содержится 3,7•1022 молекул. Следовательно, масса одной молекулы воды
(Н20) равна:
Массу такого же порядка имеют молекулы других веществ, исключая
огромные молекулы органических веществ; например,
белки имеют массу, в сотни тысяч раз большую, чем масса отдельных атомов.
Но все равно их массы в макроскопических масштабах (граммах и килограммах)
чрезвычайно малы. Для характеристики атомов используют представление об
атомных
радиусах, которые дают возможность приближённо оценить межатомные
расстояния в молекулах, жидкостях или твёрдых телах,
так как атомы по своим размерам не имеют чётких границ.
То есть атомный радиус – это сфера, в которой заключена основная часть
электронной плотности атома (не менее 90…95%). Размер молекулы настолько
мал, что представить его можно только с помощью сравнений. Например,
молекула воды во столько раз меньше крупного яблока, во сколько раз яблоко
меньше земного шара.
Относительная молекулярная(атомная)
масса вещества
Относительная молекулярная масса. Так как массы молекул очень малы,
удобно использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а
относительные. По международному соглашению массы всех атомов и
молекул сравнивают с 1/12 массы атома углерода (так называемая
углеродная шкала атомных масс). Относительной молекулярной (или
атомной) массой веществаMr называют отношение массы молекулы (или
атома) m0 данного вещества к 1/12 массы атома углерода m0C:
Относительные атомные массы всех химических элементов точно
измерены.
Складывая относительные атомные массы элементов, входящих в состав
молекулы вещества, можно вычислить относительную молекулярную массу
вещества. Например, относительная молекулярная масса углекислого газа
СО2 приближенно равна 44, так как относительная атомная масса углерода
точно равна 12, а кислорода примерно 16: 12 + 2•16 = 44.
Количество вещества и постоянная
Авогадро
В Международной системе единиц количество вещества выражают в молях.
Один моль - это количество вещества, в котором содержится столько же молекул
или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.
Значит, в 1 моль любого вещества содержится одно и то же число атомов или
молекул. Это число атомов обозначают 𝑁𝑎 и называют постоянной Авогадро в
честь итальянского ученого (XIX в.).
Для определения постоянной Авогадро надо найти массу одного атома
углерода. Приближенная оценка массы может быть произведена так, как это было
сделано выше для массы молекулы воды (наиболее точные методы основаны на
отклонении пучков ионов электромагнитным полем).
Для массы атома углерода измерения дают:
Постоянную Авогадро 𝑁𝑎 можно определить, разделив массу
углерода, взятого в количестве одного моля, на массу одного атома
углерода:
Наименование моль−1 указывает на то, что 𝑁𝑎 - число атомов в 1 моле
любого вещества. Если, например, количество вещества v=2,5 моль, то
число молекул в теле N=v𝑁𝑎 =1,5×1024 . Отсюда видно, что количество
вещества равно отношению числа молекул N в данном теле к
постоянной Авогадро 𝑁𝑎 , т. е. к числу молекул в 1 моль вещества:
Молярная масса
Молярная масса. Наряду с относительной
молекулярной массой Mr в физике и химии широко
используют понятие молярная масса. Молярной
массой M вещества называют массу вещества,
взятого в количестве 1 моль.
Согласно такому определению молярная масса
вещества равна произведению массы молекулы на
постоянную Авогадро:
Масса m любого количества вещества равна
произведению массы одной молекулы на число
молекул в теле:
Количество вещества равно отношению массы
вещества к его молярной массе. Именно такое
определение количества вещества дается в учебнике
химии. Число молекул любого количества вещества
массой m и молярной массой M :
Броуновское движение
Броуновское движение — беспорядочное движение
микроскопических видимых, взвешенных в жидкости или
газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым
движением частиц жидкости или газа. Броуновское
движение никогда не прекращается. Броуновское
движение связано с тепловым движением, но не следует
смешивать эти понятия. Броуновское движение является
следствием и свидетельством существования теплового
движения.
Броуновское движение — наиболее наглядное
экспериментальное подтверждение представлений
молекулярно-кинетической теории о хаотическом
тепловом движении атомов и молекул.
Опыт Перрена
Пример броуновского
движения
Идеальный газ
Идеальный газ, теоретическая модель газа, в
которой пренебрегается взаимодействием частиц
газа (средняя кинетическая энергия частиц много
больше энергии их взаимодействия). Согласно этой
модели молекулы газа можно рассматривать как
материальные точки, взаимодействие которых
происходит только при их столкновении.
Каждая частица газа обладает
микроскопическими
параметрами
Среднее значение квадрата
скорости молекул
Скорости отдельных молекул могут быть любыми,
однако среднее значение модуля этих скоростей
вполне определенное. Обозначим модули скоростей
отдельных молекул газа через
Среднее значение квадрата скорости определяется
следующей формулой:
где N- число молекул в газе.
Но квадрат модуля любого вектора равен сумме квадратов его проекций на
оси координат ОХ, ОY, ОZ. Поэтому:
Сложив такие равенства для отдельных молекул и разделив обе части
полученного уравнения на число молекул N, мы придем к формуле:
Учитывая данное соотношение, подставим в формулу
вместо
и
Тогда для среднего квадрата проекции скорости получим:
Основное уравнение МКТ
Давление газа на стенку сосуда равно:
Давление идеального газа пропорционально
произведению концентрации молекул и средней
кинетической энергии поступательного движения
молекул.