Основные положения МКТ. Диффузия. Броуновское движение. Скорость теплового движения молекул.

Левкипп и Демокрит — 400 лет до н.э.

М. В. Ломоносов — XVIII в. «0 причине теплоты и холода», «О коловратном движении корпускул».

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц (молекул и атомов). Молекулы разделены промежутками.

2. Молекулы находятся в беспрерывном хаотическом движении.

3. Между молекулами существуют силы взаимодействия (притяжение и отталкивание).

АТОМ - наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. А. состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в кулоновском поле ядра по законам квантовой механики. Размеры А. порядка 10^-10 м.

МОЛЕКУЛА - наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами и состоящая из одинаковых (простое вещество) или разных (сложное вещество) атомов, объединенных химическими связями.

Опытные обоснования МКТ

Существование молекул

1. Делимость вещества
2. Закон кратных отношений: при образовании из двух элементов различных веществ массы одного из элементов в разных соединениях находятся в кратных отношениях – N₂O : N₂O₂ : N₂O₃ - 1:2:3. (1803, Дж. Дальтон; 1808, Ж.Л. Гей-Люссак).
3. Наблюдение молекул с помощью ионного проектора, электронного микроскопа, туннельного микроскопа.
4. Явление диффузии.

Наличие промежутков

1. При смешивании различных жидкостей объем смеси меньше суммы объемов отдельных жидкостей.
2. Явление диффузии.
3. Деформация.

Хаотическое движение молекул

1. Броуновское движение.
2. Явление диффузии.
3. Давление газа на стенки сосуда.
4. Стремление газа занять любой объем.
5. Опыты по измерению скоростей атомов и молекул методом молекулярных пучков: И. Штерн, 1920.

Силы взаимодействия

1. Деформация тела.
2. Сохранение формы твердого тела.
3. Поверхностное натяжение жидкости.
4. Свойства прочности, упругости, твердости и т.п.
5. Опыт со свинцовыми цилиндрами.

Диффузия. Броуновское движение.

Диффузия - явление проникновения частиц одного вещества в промежутки между частицами другого. Скорость диффузии зависит от температуры и состояния вещества (быстрее в газах). 

Броуновское движение - беспорядочное движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под влиянием теплового движения молекул.

Р. Броун (1827) наблюдал. Создание теории - А. Эйнштейн и М. Смолуховский (1905).

Ж.Б. Перрен (1908—1911) — опыты. Движение не прекращается

Роль в природе, технике

1. Питание растений из почвы.
2. В организмах человека и животных всасывание питательных веществ происходит через стенки органов пищеварения.
3. Работа органов обоняния.
4. Цементация.

Скорость теплового движения молекул

МКТ газов основана на том, что газы состоят из беспорядочно движущихся молекул. Понятие температуры связано со скоростью  хаотического движения молекул формулой ,

где - среднее значение квадрата скорости. Следовательно 

Так как N_А^.k=const=R, то 

При  t⁰=0°С   средние скорости для азота – 500 м/с, для водорода – 1800 м/с.

Экспериментальное определение скорости движения молекул

Сущность опыта О. Штерна (1920)

1. Если цилиндры неподвижны, то атомы попадают в точку М.
2. При вращении цилиндров со ско­ростью ω атомы попадают в точку К. Так как скорости атомов неодинаковы, то полоска размыта. 

Распределение молекул по скоростям

График распределения молекул по скоростям. Английский физик Дж. Максвелл и австрийский физик Л. Больцман. Кривая распределения Максвелла соответствует результатам, полученным в опыте Штерна. Количество частиц, имеющих скорости в интервале ΔV₁, рав­но ΔN, V - одна из скоростей этого интервала. Из графика видно, что количество частиц, имеющих ско­рости в равных интервалах ΔV₁ и Δv₂, различно. Скорость, около которой расположены наиболее «населенные» интервалы,— наиболее вероятная скорость теплового движения молекул.

Основные выводы

1. Распределение по скоростям имеет определенную закономерность.
2. Среди молекул газа имеются как очень быстрые, так и очень медленные молекулы.
3. Распределение молекул по скоростям зависит от температуры.
4. Чем больше Т, тем больше максимум кривой распределения смещается в сторону больших скоростей.