РЕАЛЬНА ФІЗИКА
Молекулярно-кінетичної теорії називають вчення про будову і властивості речовини на основі уявлення про існування атомів і молекул як найменших частинок хімічної речовини. В основі молекулярно-кінетичної теорії лежать три основних положення:
- Всі речовини - рідкі, тверді і газоподібні - утворені з найдрібніших частинок - молекул, які самі складаються з атомів ( «елементарних молекул»). Молекули хімічної речовини можуть бути простими і складними і складатися з одного або декількох атомів. Молекули і атоми являють собою електрично нейтральні частинки. При певних умовах молекули й атоми можуть набувати додатковий електричний заряд і перетворюватися в позитивні або негативні іони.
- Атоми і молекули перебувають у безперервному хаотичному русі.
- Частинки взаємодіють один з одним силами, що мають електричну природу. Гравітаційна взаємодія між частинками дуже малий.
Малюнок 1. Траєкторія броунівський частинки.
Найбільш яскравим експериментальним підтвердженням уявлень молекулярно-кінетичної теорії про хаотичному русі атомів і молекул є броунівський рух. Це теплове рух найдрібніших мікроскопічних часток, зважених в рідині або газі. Воно було відкрито англійським ботаніком Р. Броуном (1827 г.). Броунівський частинки рухаються під впливом безладних ударів молекул. Через хаотичного теплового руху молекул ці удари ніколи не врівноважують один одного. В результаті швидкість броунівський частинки безладно змінюється за модулем і напрямком, а її траєкторія являє собою складну звивисту криву (рис. 1).
Це відстань умовно можна прийняти за діаметр молекули. Потенційна енергія взаємодії при r = r0 мінімальна. Щоб видалити один від одного дві молекули, що знаходяться на відстані r0. потрібно повідомити їм додаткову енергію E0. Величина E0 називається глибиною потенційної ями або енергією зв'язку.
Малюнок 2. Сила взаємодії F і потенційна енергія взаємодії Ep двох молекул. F> 0 - сила відштовхування, F <0 – сила притяжения.
Молекули мають надзвичайно малі розміри. Прості одноатомні молекули мають розмір порядку 10-10 м. Складні багатоатомні молекули можуть мати розміри в сотні і тисячі разів більше. Безладне хаотичне рух молекул називається тепловим рухом. Кінетична енергія теплового руху зростає зі зростанням температури. При низьких температурах середня кінетична енергія молекули може виявитися менше глибини потенційної ями E0. В цьому випадку молекули конденсуються в рідке або тверде речовина; при цьому середня відстань між молекулами буде приблизно дорівнює r0. При підвищенні температури середня кінетична енергія молекули стає більше E0, молекули розлітаються, і утворюється газоподібна речовина. У твердих тілах молекули здійснюють безладні коливання близько фіксованих центрів (положень рівноваги).
Ці центри можуть бути розташовані в просторі нерегулярним чином (аморфні тіла) або утворювати впорядковані об'ємні структури (кристалічні тіла). У рідинах молекули мають значно більшу свободу для теплового руху. Вони не прив'язані до певних центрам і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Близько розташовані молекули рідини також можуть утворювати впорядковані структури, що містять кілька молекул.
Це явище називається ближнім порядком на відміну від далекого порядку. характерного для кристалічних тіл. У газах відстані між молекулами зазвичай значно більше їх розмірів. Сили взаємодії між молекулами на таких великих відстанях малі, і кожна молекула рухається вздовж прямої лінії до чергового зіткнення з іншою молекулою або зі стінкою судини. Середня відстань між молекулами повітря при нормальних умовах близько 10-8 м, тобто в десятки разів перевищує розмір молекул. Слабка взаємодія між молекулами пояснює здатність газів розширюватися і заповнювати весь об'єм посудини. У межі, коли взаємодія прагне до нуля, ми приходимо до уявленню про ідеальний газ. У молекулярно-кінетичної теорії кількість речовини прийнято вважати пропорційним числу часток. Одиниця кількості речовини називається молем (моль).
Моль - це кількість речовини, що містить стільки ж частинок (молекул), скільки міститься атомів в 0,012 кг вуглецю 12C. Молекула вуглецю складається з одного атома. Таким чином, в одному молі будь-якої речовини міститься одне і те ж число часток (молекул). Це число називається постійної Авогадро NА:
NА = 6,02 · 1023 моль-1.
Постійна Авогадро - одна з найважливіших постійних в молекулярно-кінетичної теорії. Кількість речовини # 957; визначається як відношення числа N частинок (молекул) речовини до постійної Авогадро NА: