Молекулярная физика и термодинамика

Молекулярная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений.

Основы молекулярно-кинетической теории

Основные положения молекулярно-кинетической теории.

• (МКТ):
  • 1) все тела состоят из частиц — молекул, атомов, ионов;
  • 2) частицы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, в результате которого они имеют разные скорости;
  • 3) между частицами любого тела существуют силы взаимодействия — силы отталкивания F_0T и притяжения F_np (рис. 3.1).

Первое положение МКТ подтверждается сжимаемостью и проницаемостью веществ, смешиванием жидкостей, растворимостью твердых веществ в жидкостях и наблюдением частиц в электронных микроскопах.

Второе положение — броуновским движением и диффузией, третье — вязкостью и поверхностным натяжением жидкостей, а также упругостью и прочностью твердых тел.

На рис. 3.1 и 3.2 схематически показаны силы, действующие на атомы молекулы в зависимости от расстояния г между их центрами.

Диффузия — самопроизвольное перемещение вещества из области большей в направлении меньшей концентрации вследствие хаотического теплового движения частиц (молекул, атомов, ионов и др.) в газах, жидкостях и твердых телах. Скорость диффузии возрастает при повышении температуры и градиен;

Рис. 3.1 Рис. 3.2

та концентрации (изменение концентрации, приходящееся на единицу расстояния), уменьшается при увеличении вязкости среды и радиуса диффундирующих частиц.

Броуновское движение — непрерывное хаотическое движение любых частиц малых размеров (~ 1 мкм), вызванных ударами молекул среды, в которой эти частицы взвешены (в состоянии взвешенности сила тяжести не влияет на движение).

Количество вещества — физическая величина, определяемая числом структурных единиц — молекул, атомов, ионов, электронов и др., из которых состоит вещество.

Единица количества вещества: моль (моль).

Моль (v) — количество вещества, содержащее столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода '|С.

Заметим, что 1 моль различных веществ содержит одинаковое число атомов или молекул.

Постоянная Авогадро — число атомов (молекул или других структурных единиц), содержащихся в одном моле различных веществ:

Молярная масса — масса одного моля вещества, т. е. отношение массы т вещества к количеству молей v, которое в нем содержится:

где m₀ — масса молекулы; N_A — число Авогадро.

Количество вещества определяется выражениями:

где N — число структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.).

Относительная молекулярная масса вещества:

где щ — число атомов i-ro химического элемента, входящего в состав молекулы данного вещества; A_{r i} — относительная атомная масса элемента.

Связь молярной массы р с относительной молекулярной массой М,. вещества:

где к = 10~³ кг/моль.