Conform teoriei cinetice moleculare (MKT), toate substanțele constau din cele mai mici particule - molecule. Moleculele sunt în continuă mișcare și interacționează între ele.

MKT este fundamentat de numeroase experimente și un număr mare de fenomene fizice. Să ne uităm la cele trei puncte principale ale sale.

Toate substanțele sunt formate din particule.

1) Toate substanțele constau din cele mai mici particule: molecule, atomi, ioni etc., separate prin goluri.

Moleculă- cea mai mică particulă stabilă a unei substanțe care își păstrează proprietățile chimice de bază.

Moleculele care alcătuiesc o anumită substanță sunt exact aceleași; diferite substanțe sunt formate din molecule diferite. În natură, există un număr extrem de mare de molecule diferite.

Moleculele sunt formate din particule mai mici numite atomi.

atomi- cele mai mici particule ale unui element chimic care își păstrează proprietățile chimice.

Numărul de atomi diferiți este relativ mic și egal cu numărul elemente chimice(116) și izotopii acestora (aproximativ 1500).

Atomii sunt formațiuni foarte complexe, dar MKT-ul clasic folosește modelul atomilor sub formă de particule solide indivizibile de formă sferică.

Prezența golurilor între molecule rezultă, de exemplu, din experimentele privind deplasarea diferitelor lichide: volumul unui amestec este întotdeauna mai mic decât suma volumelor de lichide amestecate. Fenomenele de permeabilitate, compresibilitate și solubilitate ale substanțelor indică, de asemenea, că acestea nu sunt continue, ci constau din particule individuale separate prin intervale.

Prin intermediul metode moderne studiile (microscoape electronice și cu sondă) au reușit să obțină imagini ale moleculelor.

*Legea raporturilor multiple

Existența moleculelor este confirmată în mod strălucit de legea raporturilor multiple. Se spune: „când diferiți compuși (substanțe) sunt formați din două elemente, masele unuia dintre elementele din diferiți compuși sunt legate ca numere întregi, adică sunt în rapoarte multiple”. De exemplu, azotul și oxigenul dau cinci compuși: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. În ele, cu aceeași cantitate de azot, oxigenul intră într-un compus în cantități care sunt în raporturi multiple de 1:2:3:4:5. Legea rapoartelor multiple este ușor de explicat. Fiecare substanță este alcătuită din molecule identice având compoziția atomică corespunzătoare. Deoarece toate moleculele unei substanțe date sunt aceleași, raportul dintre cantitățile de greutate ale elementelor simple care alcătuiesc întregul corp este același ca într-o singură moleculă și, prin urmare, este un multiplu al greutăților atomice, ceea ce este confirmat de experienţă.

Masa moleculelor

Determinați masa moleculei în mod obișnuit, adică. cântărirea, desigur, este imposibilă. E prea mică pentru asta. În prezent, există multe metode pentru determinarea maselor de molecule, în special, folosind un spectrograf de masă, masele m 0 din toți atomii din tabelul periodic.

Deci, pentru izotopul carbonului \(~^(12)_6C\) m 0 \u003d 1.995 10 -26 kg. Deoarece masele atomilor și moleculelor sunt extrem de mici, în calcule se folosesc de obicei valorile masei nu absolute, ci relative, obținute prin compararea maselor atomilor și moleculelor cu unitatea de masă atomică, care este aleasă ca \(~\ dfrac(1)(12)\) parte din masa unui atom al izotopului de carbon \(~^(12)_6C\):

1 amu = 1/12 m 0C = 1,660 10 -27 kg.

Molecular relativ(sau atomic) greutate M r este o valoare care arată de câte ori este mai mare masa unei molecule (sau a unui atom) decât unitatea de masă atomică:

\(~M_r = \dfrac(m_0)(\dfrac(1)(12) \cdot m_(0C)) . \qquad (1)\)

Masa moleculară (atomică) relativă este o mărime adimensională.

Masele atomice relative ale tuturor elementelor chimice sunt indicate în tabelul periodic. Deci, pentru hidrogen este 1,008, pentru heliu - 4,0026. În calcule, masa atomică relativă este rotunjită la cel mai apropiat număr întreg. De exemplu, hidrogenul are până la 1, heliul are până la 4.

Greutatea moleculară relativă a unei substanțe date este egală cu suma maselor atomice relative ale elementelor care alcătuiesc molecula acestei substanțe. Se calculează folosind tabelul periodic și formula chimică a substanței.

Da, pentru apă. H2O greutatea moleculară relativă este M r = 1 2 + 16 = 18.

Cantitatea de substanță. constanta Avogadro

Cantitatea de materie conținută într-un corp este determinată de numărul de molecule (sau atomi) din acel corp. Deoarece numărul de molecule din corpurile macroscopice este foarte mare, pentru a determina cantitatea de materie din corp, numărul de molecule din acesta este comparat cu numărul de atomi din 0,012 kg de izotop de carbon \(~^(12)_6C \).

Cantitate de substanță ν - o valoare egală cu raportul dintre numărul de molecule (atomi) Nîntr-un corp dat la numărul de atomi N A în 0,012 kg izotop de carbon \(~^(12)_6C\):

\(~\nu = \dfrac(N)(N_A) . \qquad (2)\)

În SI, unitatea de măsură a unei substanțe este molul. 1 mol- cantitatea dintr-o substanta care contine acelasi numar de elemente structurale (atomi, molecule, ioni) cat sunt atomi in 0,012 kg de izotop de carbon \(~^(12)_6C\).

Numărul de particule dintr-un mol dintr-o substanță se numește constant Avogadro.

\(~N_A = \dfrac(0,012)(m_(0C))= \dfrac(0,012)(1,995 \cdot 10^(-26))\) = 6,02 10 23 mol -1 . (3)

Astfel, 1 mol din orice substanță conține același număr de particule - N A particule. De la masa m 0 particule sunt diferite pentru diferite substanțe, apoi masa N A particule y diverse substante diferit.

Se numește masa unei substanțe luate în cantitate de 1 mol Masă molară M:

\(~M = m_0 N_A . \qquad (4)\)

Unitatea SI a masei molare este kilogramul pe mol (kg/mol).

între masa molară Μ și greutatea moleculară relativă M r există următoarea relație:

\(~M = M_r \cdot 10^(-3) .\)

Deci, greutatea moleculară a dioxidului de carbon este 44, masa molară este de 44 10 -3 kg / mol.

Cunoașterea masei unei substanțe și a masei sale molare M, puteți găsi numărul de moli (cantitatea de substanță) din corp\[~\nu = \dfrac(m)(M)\].

Apoi din formula (2) numărul de particule din corp

\(~N = \nu N_A = \dfrac(m)(M) N_A .\)

Cunoscând masa molară și constanta lui Avogadro, putem calcula masa unei molecule:

\(~m_0 = \dfrac(M)(N_A) = \dfrac(m)(N) .\)

Dimensiunile moleculei

Mărimea unei molecule este o valoare condiționată. Este prețuit așa. Între molecule, alături de forțele de atracție, există și forțe de respingere, astfel încât moleculele se pot apropia între ele doar până la o anumită distanță. d(Fig. 1).

Distanța cea mai apropiată a centrelor a două molecule se numește diametrul efectiv molecule d(în acest caz, se presupune că moleculele au formă sferică).

Dimensiunile moleculelor diferitelor substanțe nu sunt aceleași, dar toate sunt de aproximativ 10 -10 m, adică. foarte mic.

Vezi si

1. Kikoin A.K. Masa și cantitatea de substanță sau despre o „greșeală” a lui Newton // Kvant. - 1984. - Nr. 10. - S. 26-27
2. Kikoin A.K. O metodă simplă de determinare a mărimii moleculelor // Kvant. - 1983. - Nr 9. - C.29-30

Moleculele se mișcă aleatoriu

2) Moleculele sunt în mișcare aleatorie (termică) continuă.

Tipul de mișcare termică (de translație, oscilație, rotație) a moleculelor depinde de natura interacțiunii lor și de modificările în timpul tranziției unei substanțe de la o stare de agregare la alta. Intensitatea mișcării termice depinde și de temperatura corpului.

Iată câteva dintre dovezile mişcării aleatorii (haotice) a moleculelor: a) dorinţa unui gaz de a ocupa întregul volum care îi este prevăzut; b) difuzie; c) Mișcarea browniană.

Difuzie

Difuzie- pătrunderea reciprocă spontană a moleculelor de substanțe învecinate, ducând la egalizarea concentrației substanței pe tot volumul. În timpul difuziei, moleculele corpurilor alăturate, fiind în mișcare continuă, pătrund în golurile intermoleculare ale altora și sunt distribuite între ele.

Difuzia se manifestă în toate corpurile - în gaze, lichide, solide, dar în grade diferite.

Difuzia în gaze poate fi detectată dacă, de exemplu, un vas cu un gaz mirositor este deschis în interior. După un timp, gazul se va răspândi în toată încăperea.

Difuzia în lichide este mult mai lentă decât în ​​gaze. De exemplu, dacă turnați mai întâi un strat de soluție de sulfat de cupru într-un pahar, apoi adăugați cu mare atenție un strat de apă și lăsați paharul într-o cameră cu o temperatură constantă, apoi după un timp granița ascuțită dintre soluția de sulfat de cupru iar apa va dispărea, iar după câteva zile lichidele se vor amesteca.

Difuzia în solide este chiar mai lentă decât în ​​lichide (de la câteva ore la câțiva ani). Se poate observa doar la corpurile bine lustruite, cand distantele dintre suprafetele corpurilor lustruite sunt apropiate de distanta intermoleculara (10 -8 cm). În acest caz, viteza de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii și presiunii.

Difuzia joacă un rol important în natură și tehnologie. În natură, datorită difuziunii, de exemplu, plantele sunt hrănite din sol. Corpul uman și animal absoarbe nutrienții prin pereții tractului digestiv. În tehnologie, cu ajutorul difuziei, de exemplu, stratul de suprafață al produselor metalice este saturat cu carbon (cimentare), etc.

• Un tip de difuzie este osmoză- patrunderea lichidelor si solutiilor printr-un perete semipermeabil poros.

Mișcarea browniană

Mișcarea browniană a fost descoperită în 1827 de botanistul englez R. Brown, fundamentarea teoretică din punctul de vedere al MKT a fost dată în 1905 de A. Einstein și M. Smoluchowski.

Mișcarea browniană- aceasta este mișcarea aleatorie a celor mai mici particule solide „suspendate” în lichide (gaze).

Particulele „suspendate” sunt particule a căror densitate de substanță este comparabilă cu densitatea mediului în care sunt situate. Astfel de particule sunt în echilibru, iar cea mai mică influență externă asupra acesteia duce la mișcarea lor.

Mișcarea browniană se caracterizează prin următoarele:

Cauzele mișcării browniene sunt:

1. mișcarea haotică termică a moleculelor mediului în care se află particula browniană;
2. absența compensării complete pentru impactul moleculelor mediului asupra acestei particule din diferite părți, deoarece mișcarea moleculelor este aleatorie.

Moleculele lichide în mișcare, atunci când se ciocnesc cu orice particule solide, le transferă o anumită mișcare. Din întâmplare, un număr semnificativ mai mare de molecule va lovi particula pe o parte decât pe cealaltă, iar particula va începe să se miște.

• Dacă particula este suficient de mare, atunci numărul de molecule care o atacă din toate părțile este extrem de mare, impacturile lor sunt compensate în orice moment și o astfel de particulă rămâne practic nemișcată.

Vezi si

1. Bronstein M.P. Cum a fost cântărit atomul // Kvant. - 1970. - Nr 2. - S. 26-35

Particulele interacționează

3) Particulele dintr-o substanță sunt legate între ele prin forțe de interacțiune moleculară - atracție și repulsie.

Forțele de atracție și de respingere acționează simultan între moleculele unei substanțe. Aceste forțe depind în mare măsură de distanțele dintre molecule. Conform studiilor experimentale și teoretice, forțele intermoleculare de interacțiune sunt invers proporționale cu n gradul de distanță dintre molecule:

\(~F_r \sim \pm \dfrac(1)(r^n),\)

unde pentru forţele de atracţie n= 7, iar pentru forțele de respingere n= 9 ÷ 15. Astfel, forța de repulsie se modifică mai mult cu distanța.

Există atât forțe atractive, cât și de respingere între molecule. Există o oarecare distanță r 0 între molecule, asupra cărora forțele de respingere sunt egale în valoare absolută cu forțele de atracție. Această distanță corespunde poziției stabile de echilibru a moleculelor.

Odată cu creșterea distanței rîntre molecule, atât forțele de atracție cât și cele de respingere scad, forțele de respingere scăzând mai repede și devenind mai mici decât forțele de atracție. Forța rezultată (de atracție și repulsie) tinde să apropie moleculele de starea lor inițială. Dar începând de la o oarecare distanță r m , interacțiunea moleculelor devine atât de mică încât poate fi neglijată. cea mai mare distanta r m , pe care moleculele încă interacționează, se numește rază actiune moleculara (r m ~ 1,57 10 -9 m).

Pe măsură ce distanța scade rîntre molecule, atât forțele de atracție cât și cele de respingere cresc, iar forțele de respingere cresc mai repede și devin mai mari decât forțele de atracție. Forța rezultată tinde acum să împingă moleculele departe unele de altele.

Dovezi ale interacțiunii de forță a moleculelor:

a) deformarea corpurilor sub influența forței;

b) conservarea formei de către corpuri solide (forţe de atracţie);

c) prezenţa golurilor între molecule (forţe de repulsie).

*Diagrama de proiecție a forțelor de interacțiune

Interacțiunea a două molecule poate fi descrisă folosind graficul proiecției rezultantei F r forțele de atracție și respingere ale moleculelor de la distanță rîntre centrele lor. Să direcționăm axa r dintr-o moleculă 2 , al cărui centru coincide cu originea coordonatelor, la distanța față de aceasta r 1 centru al moleculei 2 (Fig. 3, a).

Diferența în structura gazelor, lichidelor și solidelor

În diferite stări agregate ale unei substanțe, distanța dintre moleculele sale este diferită. De aici diferența în interacțiunea de forță a moleculelor și diferența esențială în natura mișcării moleculelor de gaze, lichide și solide.

ÎN gazele distanţele dintre molecule sunt de câteva ori mai mari decât dimensiunile moleculelor în sine. Ca urmare, forțele de interacțiune dintre moleculele de gaz sunt mici și energie kinetică mișcarea termică a moleculelor depășește cu mult energia potențială a interacțiunii lor. Fiecare moleculă se mișcă liber de la alte molecule la viteze enorme (sute de metri pe secundă), schimbând direcția și modulul de viteză atunci când se ciocnește cu alte molecule. Lungimea drumului liber λ moleculele de gaz depind de presiunea și temperatura gazului. În condiții normale λ ~ 10 -7 m.

ÎN solide forțele de interacțiune dintre molecule sunt atât de mari încât energia cinetică a mișcării moleculelor este mult mai mică decât energia potențială a interacțiunii lor. Moleculele efectuează vibrații continue cu amplitudine mică în jurul unei anumite poziții constante de echilibru - un nod al rețelei cristaline.

Timpul în care particula oscilează în jurul unei poziții de echilibru, - timpul „vieții sedentare” a unei particule- în solide este foarte mare. Prin urmare, solidele își păstrează forma și nu curg în condiții normale. Timpul „vieții sedentare” a unei molecule depinde de temperatură. În apropierea punctului de topire, este de aproximativ 10–1 – 10–3 s; la temperaturi mai scăzute, pot fi ore, zile, luni.

ÎN lichide distanța dintre molecule este mult mai mică decât în ​​gaze și aproximativ aceeași ca și în solide. Prin urmare, forțele de interacțiune dintre molecule sunt mari. Moleculele unui lichid, ca și moleculele unui corp solid, oscilează în jurul unei anumite poziții de echilibru. Dar energia cinetică a mișcării particulelor este proporțională cu energia potențială a interacțiunii lor, iar moleculele se deplasează mai des în noi poziții de echilibru (timpul „vieții sedentare” este de 10–10 – 10–12 s). Acest lucru ajută la explicarea fluidității lichidului.

Vezi si

1. Kikoin A.K. Despre stările agregate ale materiei // Kvant. - 1984. - Nr 9. - S. 20-21

Literatură

Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 119-126.

Lectia 1

Tema: Principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare și fundamentarea lor experimentală

Obiective: să familiarizeze elevii cu principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare și confirmările lor experimentale, cu cantitățile care caracterizează moleculele (mărimea și masa moleculelor, cantitatea de substanță, constanta Avogadro) și metodele de măsurare a acestora; dezvolta atentia, gandire logica elevilor, să cultive o atitudine conștiincioasă față de munca educațională

Tip de lecție: o lecție de a învăța cunoștințe noi

În timpul orelor

Organizarea timpului

Stabilirea scopului lecției

Prezentarea de material nou

Teoria molecular-cinetică a apărut în secolul al XIX-lea. pentru a explica structura și proprietățile materiei pe baza ideii că materia constă din particule minuscule - molecule care se mișcă constant și interacționează între ele. Această teorie a obținut un succes deosebit în explicarea proprietăților gazelor.

Teoria cinetică moleculară numită doctrină care explică structura și proprietățile corpurilor prin mișcarea și interacțiunea particulelor care alcătuiesc

corp.

TIC se bazează pe trei principii cheie:

toate substanțele sunt formate din molecule;

moleculele sunt în mișcare haotică continuă;

moleculele interacționează între ele.

Ipoteza despre structura moleculară a substanței a fost confirmată doar indirect. Principalele prevederi ale MCT ale gazelor au fost în acord cu experimentul. Astăzi, tehnologia a atins un nivel la care se poate lua în considerare chiar și atomi individuali. Este destul de ușor să verificați existența moleculelor și să estimați dimensiunea acestora.

Pune o picătură de ulei pe suprafața apei. Pata de ulei se va răspândi pe suprafața apei, dar zona peliculei de ulei nu poate depăși o anumită valoare. Este firesc să presupunem că aria maximă a filmului corespunde unui strat de ulei gros de o moleculă.

Este destul de simplu să vă asigurați că moleculele se mișcă: dacă scăpați o picătură de parfum la un capăt al camerei, atunci în câteva secunde acest miros se va răspândi în toată camera. În aerul din jurul nostru, moleculele se mișcă cu viteza obuzelor de artilerie - sute de metri pe secundă. O proprietate uimitoare a mișcării moleculelor este că nu se oprește niciodată. În acest sens, mișcarea moleculelor diferă semnificativ de mișcarea obiectelor din jurul nostru: la urma urmei, mișcarea mecanică se oprește inevitabil din cauza frecării.

ÎN începutul XIXîn. Botanistul englez Brown, observând particule de polen suspendate în apă printr-un microscop, a observat că aceste particule se aflau într-un „dans etern”. Motivul așa-numitei „mișcări browniene” a fost înțeles la doar 56 de ani de la descoperirea sa: impacturile individuale ale moleculelor lichide asupra unei particule nu se compensează reciproc dacă această particulă este suficient de mică. De atunci, mișcarea browniană a fost privită ca o confirmare experimentală clară a mișcării moleculelor.

Dacă moleculele nu ar fi atrase unele de altele, nu ar exista nici lichide, nici solide - pur și simplu s-ar prăbuși în molecule separate. Pe de altă parte, dacă moleculele ar fi doar atrase, s-ar transforma în cheaguri extrem de dense, iar moleculele de gaz, lovind pereții vasului, s-ar lipi de ele. Interacțiunea moleculelor este de natură electrică. Deși moleculele în ansamblu sunt neutre din punct de vedere electric, distribuția sarcinilor electrice pozitive și negative în ele este astfel încât la distanțe mari (comparativ cu dimensiunea moleculelor în sine) moleculele se atrag, iar la distanțe scurte se resping. Încercați să rupeți un fir de oțel sau nailon cu diametrul de 1 mm 2. Este puțin probabil ca acest lucru să reușească, chiar dacă faci toate eforturile și, de fapt, eforturilor corpului tău se opun forțele de atracție ale moleculelor dintr-o mică secțiune a firului.

Parametrii gazului asociați cu caracteristicile individuale ale moleculelor sale constitutive se numesc parametri microscopici(masa moleculelor, viteza lor, concentrația).

Parametrii care caracterizează starea corpurilor macroscopice se numesc parametrii macroscopici (volum, presiune, temperatură).

Sarcina principală a MKT este stabiliți o relație între parametrii microscopici și macroscopici ai unei substanțe, pe baza acesteia, găsiți ecuația de stare a unei substanțe date.

De exemplu, cunoscând masele moleculelor, vitezele și concentrațiile lor medii, se poate găsi volumul, presiunea și temperatura unei anumite mase de gaz, precum și determinarea presiunii gazului prin volumul și temperatura acestuia.

De obicei, construirea oricărei teorii se bazează pe metoda modelelor, care constă în faptul că în locul unui obiect sau fenomen fizic real se ia în considerare modelul simplificat al acesteia. MKT de gaze utilizează modelul de gaz ideal.

Din punct de vedere al conceptelor moleculare, gazele constau din atomi și molecule, distanța dintre care sunt mult mai mari decât dimensiunile lor. Ca urmare, forțele de interacțiune dintre moleculele de gaz sunt practic absente. Interacțiunea dintre ele are loc de fapt numai în timpul ciocnirilor lor.

Deoarece interacțiunea moleculelor unui gaz ideal este redusă doar la ciocniri pe termen scurt, iar dimensiunile moleculelor nu afectează presiunea și temperatura gazului, putem presupune că

Gazul ideal este acesta este un model de gaz care neglijează dimensiunea moleculelor și interacțiunea lor; moleculele unui astfel de gaz se află în mișcare aleatorie liberă, ciocnind uneori cu alte molecule sau cu pereții vasului în care se află.

Gazele rare rare se comportă ca un gaz ideal.

O estimare aproximativă a dimensiunii moleculelor poate fi obținută din experimentele conduse de fizicianul german Roentgen și fizicianul englez Rayleigh. O picătură de ulei se întinde pe suprafața apei, formând o peliculă subțire cu o grosime de o singură moleculă. Este ușor să determinați grosimea acestui strat și astfel să estimați dimensiunea moleculei de ulei. În prezent, există o serie de metode pentru a determina dimensiunea moleculelor și a atomilor. De exemplu, dimensiunile liniare ale moleculelor de oxigen sunt 3 10 -10 m, apa - aproximativ 2,6 10 -10 m. Astfel, lungimea caracteristică în lumea moleculelor este de 10 -10 m. Dacă o moleculă de apă este mărită la dimensiunea a unui măr, atunci mărul însuși va deveni diametrul globului.

În secolul trecut, omul de știință italian Avogadro a descoperit un fapt uimitor: dacă două gaze diferite ocupă vase de același volum la aceleași temperaturi și presiuni, atunci fiecare vas conține același număr de molecule. Rețineți că, în acest caz, masele de gaze pot varia foarte mult: de exemplu, dacă există hidrogen într-un vas și oxigen în celălalt, atunci masa oxigenului este de 16 ori masa hidrogenului.

Inseamna. Că unele proprietăți, și destul de importante, ale unui corp sunt determinate de numărul de molecule din acest corp: numărul de molecule se dovedește a fi chiar mai semnificativ decât masa.

Se numește mărimea fizică care determină numărul de molecule dintr-un corp dat cantitatea de materie si se noteaza. Unitatea de măsură a unei substanțe este mol.

Deoarece masele moleculelor individuale diferă unele de altele, aceleași cantități de substanțe diferite au mase diferite.

1 mol - este cantitatea de substanță care conține atâtea molecule câte atomi de carbon există în 0,012 kg de carbon.

Masele de molecule individuale sunt foarte mici. Prin urmare, este convenabil să folosiți în calcule valorile masei nu absolute, ci relative. Prin acord internațional, masele tuturor atomilor și moleculelor sunt comparate cu 1/12 din masa unui atom de carbon. Motivul principal pentru această alegere este că carbonul este inclus într-un număr mare de diferite compuși chimici.

Masa moleculară (sau atomică) relativă a substanței M este raportul dintre masa unei molecule (sau atom)m 0 dat substanță la 1 / 12 masele unui atom de carbon:

M G =

m r - masa unei molecule dintr-o substanță dată;

m a (C) este masa atomului de carbon 12 C.

De exemplu, greutatea atomică relativă a carbonului este 12, a unei conducte de apă este 1. Greutatea moleculară relativă a unei conducte de apă este 2, deoarece o moleculă de hidrogen este formată din doi atomi.

Comoditatea alegerii unei mol ca unitate de măsurare a cantității de substanță se datorează faptului că masa unui mol de substanță în grame este numeric egală cu greutatea sa moleculară relativă.

Masa m corpul este proporțional cu cantitatea de materie cuprinse în acest corp. Prin urmare, raportul caracterizează substanţa din care este compusă uh acel corp: cu cât sunt mai „grele” moleculele substanței, cu atât acest raport este mai mare.

Raportul dintre masa unei substanțe m la cantitatea de materie numitMasă molară și se notează cu M:

M =

Dacă luăm =1 în această formulă, obținem asta Masă molară substanța este numeric egală cu masa unui mol din această substanță. De exemplu, masa hidrogenului este

2
= 2 10 -3
.

1
- unitatea de măsură a masei molare în SI.

Masa de materie m = M .

Numărul N de molecule conținute în organism este direct proporțional cu numărul

substanța conținută în acel corp.

Factorul de proporționalitate este o valoare constantă și se numeșteconstant Avogadro N A

De unde rezultă că constanta Avogadro este numeric egală cu numărul de molecule dintr-un mol.

Principalele rezultate.

Întrebări pentru studenți:

Demonstrați că toate corpurile sunt formate din particule minuscule.

Oferiți fapte care arată divizibilitatea substanțelor.

Care este fenomenul de difuzie?

Care este esența mișcării browniene?

Ce fapte demonstrează că forțele de atracție și de respingere acționează între moleculele corpurilor solide și lichide?

Care este masa atomică relativă a oxigenului? molecule de apa? Molecule de dioxid de carbon?

4. Teme pentru acasă:

Teoria cinetică moleculară (MKT)- Aceasta este o ramură a fizicii care studiază proprietățile diferitelor stări ale materiei, pe baza conceptului de existență a moleculelor și atomilor ca cele mai mici particule de materie. MKT se bazează pe trei puncte principale:

1 . Toate substanțele sunt formate din particule minuscule: molecule, atomi sau ioni.
2 . Aceste particule sunt în mișcare haotică continuă, a căror viteză determină temperatura substanței.
3 . Între particule există forțe de atracție și repulsie, a căror natură depinde de distanța dintre ele, adică. particulele interacționează între ele.

Principalele prevederi ale MKT sunt confirmate de multe fapte experimentale.

Existența moleculelor, atomilor și ionilor a fost dovedită experimental, moleculele au fost suficient studiate și fotografiate cu ajutorul microscoapelor electronice.

Capacitatea gazelor de a se extinde la infinit și de a ocupa întregul volum care le este furnizat se explică prin mișcarea haotică continuă a moleculelor.

Elasticitatea gazelor, solidelor și lichidelor, capacitatea lichidelor de a umezi unele solide, procesele de colorare, lipire, menținere a formei solidelor și multe altele indică existența unor forțe de atracție și respingere între molecule.

Fenomen difuziune- capacitatea moleculelor unei substanțe de a pătrunde în golurile dintre moleculele alteia - confirmă, de asemenea, prevederile de bază ale MKT. Fenomenul de difuzie explică, de exemplu, răspândirea mirosurilor, amestecarea lichidelor diferite, procesul de dizolvare a solidelor în lichide, sudarea metalelor prin topire sau prin presiune. O confirmare a mișcării haotice continue a moleculelor este de asemenea Mișcarea browniană- mișcare haotică continuă a particulelor microscopice insolubile în lichid. Mișcarea particulelor browniene se explică prin mișcarea haotică a particulelor fluide care se ciocnesc de particule microscopice și le pun în mișcare. S-a demonstrat experimental că viteza particulelor browniene depinde de temperatura lichidului. Teoria mișcării browniene a fost dezvoltată de A. Einstein.

Orice substanță este formată din particule, deci cantitatea de substanță ν considerat a fi proporțional cu numărul de particule conținute în corp. Unitatea de măsură a unei substanțe este molul. Raportul dintre numărul de molecule ale unei substanțe și cantitatea unei substanțe se numește constant Avogadro: , N A \u003d 6,02 ∙ 10 23 mol -1.

Constanta Avogadro arată câți atomi și molecule sunt conținute într-un mol de substanță.

Masă molară- masa unui mol dintr-o substanță, egală cu raportul dintre masa substanței și cantitatea de substanță:. Masa molară se exprimă în kg/mol. Cunoscând masa molară, puteți calcula masa unei molecule: .

Masele moleculelor sunt foarte mici, de exemplu, masa unei molecule de apă: m=29,9∙10 -27 kg, deci este convenabil să folosiți nu valori absolute ale maselor, ci valori relative. Masele atomice relative ale tuturor elementelor chimice sunt indicate în tabelul periodic. Prin metode fizice a fost posibilă determinarea maselor unor atomi în unități absolute. Așa a apărut unitatea de masă atomică (a.m.u.), egală cu 1/12 din masa atomilor de carbon: 1 amu =1, 66∙10 -2 7 .
Masa molară este legată de greutatea moleculară relativă Domnul. Greutatea moleculară relativă- aceasta este o valoare egală cu raportul dintre masa unei molecule a unei substanțe date și 1/12 din masa unui atom de carbon. Daca este cunoscut formula chimica substanță, apoi folosind tabelul periodic se poate determina masa sa relativă.

Teoria molecular-cinetică a structurii materiei se bazează pe trei afirmații:

• materia este alcătuită din particule;
• particulele se mișcă aleatoriu;
• particulele interacționează între ele.

Fiecare afirmație este riguros dovedită prin experimente.

Volumul V al stratului de ulei este egal cu produsul dintre suprafața lui S și grosimea d a stratului, adică V=S*d/ Prin urmare, dimensiunea unei molecule de ulei de măsline este egală cu:

Diametrul unei molecule de apă este de aproximativ 3 10 cm . Presupunând că fiecare moleculă de apă din molecule dens împachetate ocupă un volum de aproximativ 3*10 8 cm 3 , puteți afla numărul de molecule dintr-o picătură împărțind volumul picăturii 1 cm 3 pe volum pe moleculă:

MASA DE MOLECULE. CANTITATEA DE SUBSTANȚĂ.

Masa atomilor și a moleculelor diferă semnificativ. Ce cantități sunt convenabile pentru a le caracteriza? Cum se determină numărul de atomi dintr-un corp macroscopic?

Apare o nouă cantitate - cantitatea de materie.

Masa unei molecule de apă. Masele moleculelor și atomilor individuali sunt foarte mici. De exemplu, în 1 g apa contine 3,7 * 10 22 molecule. Prin urmare, masa unei molecule de apă (H 2 O) este:

Deoarece masele moleculelor sunt foarte mici, este convenabil să folosiți în calcule nu valorile absolute ale maselor, ci cele relative. Prin acord internațional, masele tuturor atomilor și moleculelor sunt comparate cu masele unui atom de carbon (așa-numita scară de carbon a maselor atomice).

Masa moleculară (sau atomică) relativă a substanței M r . Numiți raportul dintre masa unei molecule (sau atom) m 0 a unei substanțe date și masa unui atom de carbon m os:

Cantitate de substanță cel mai natural ar fi să-l măsori după numărul de molecule sau atomi din organism. Dar numărul de molecule din orice corp macroscopic este atât de mare încât calculele nu folosesc numărul absolut de molecule, ci pe cel relativ.

În Sistemul Internațional de Unități, cantitatea unei substanțe este exprimată în moli.

Un mol este cantitatea dintr-o substanță care conține tot atâtea molecule sau atomi câte atomi există în 0,012 kg de carbon.

Aceasta înseamnă că 1 mol din orice substanță conține același număr de atomi sau molecule. Acest număr de atomi este N Ași este numită constanta Avogadro în onoarea savantului italian (secolul al XIX-lea).

N A - constanta Avogadro.

Pentru a determina constanta Avogadro, trebuie să găsiți masa unui atom de carbon. O estimare aproximativă a masei poate fi făcută în același mod ca și mai sus pentru masa moleculei de apă (cele mai precise metode se bazează pe deviația fasciculelor de ioni de către un câmp electromagnetic).

Explicația mișcării browniene.

Mișcarea browniană poate fi explicată numai pe baza teoriei molecular-cinetice. Motivul pentru mișcarea browniană a unei particule este că impactul moleculelor lichide asupra particulei nu se anulează reciproc. Când moleculele se mișcă aleatoriu, impulsurile pe care le transmit unei particule browniene, de exemplu, din stânga și din dreapta, nu sunt aceleași, prin urmare forța de presiune rezultată a moleculelor lichide asupra particulei browniene este diferită de zero, ceea ce provoacă o modificare a acesteia. mişcare.

gazele sunt ușor de comprimat, reducând astfel distanța medie

între molecule, dar moleculele nu se strâng unele pe altele. Volumul vasului este de zeci de mii de ori mai mare decât volumul

el molecule. Gazele sunt ușor comprimate aceasta reduce distanța medie dintre molecule, dar moleculele nu se strâng unele pe altele.

Moleculele cu viteze uriașe - sute de metri pe secundă - se mișcă în spațiu. Ciocnindu-se, ei sară unul de celălalt în direcții diferite, ca niște mingi de biliard. Forțele slabe de atracție ale moleculelor de gaz nu sunt capabile să le țină una lângă cealaltă. De aceea gazele se pot extinde la infinit. Nu păstrează nici formă, nici volum. Numeroase impacturi ale moleculelor pe pereții vasului creează presiunea gazului.

Suntem înconjurați de diverse lucruri. Putem vedea că sunt fie solide, fie lichide sau gaze. Există o mulțime de întrebări despre tot ceea ce ne înconjoară. Oferă răspunsuri la multe întrebări teoria cinetică moleculară.

Teoria molecular-cinetică este un set de puncte de vedere utilizate pentru a descrie proprietățile observate și măsurate ale unei substanțe, bazate pe studiul proprietăților atomilor și moleculelor unei substanțe date, interacțiunea și mișcarea acestora.

Prevederi de bază ale teoriei cinetice moleculare

• Toate corpurile sunt formate din particule - atomi, molecule, ioni.

• Toate particulele sunt în mișcare termică haotică continuă.

• Între particulele oricărui corp există forțe de interacțiune - atracție și repulsie.

Astfel, în teoria molecular-cinetică, obiectul de studiu este un sistem format dintr-un număr mare de particule - macrosistem. Pentru a explica comportamentul unui astfel de sistem, legile mecanicii nu sunt aplicabile. Prin urmare, principala metodă de cercetare este metoda statistica studierea proprietăților materiei.

Pentru a explica și a prezice fenomene, este important să știți principalele caracteristici ale moleculelor:

1. Dimensiuni

O estimare a dimensiunii unei molecule poate fi făcută ca dimensiunea unui cub a care conține o moleculă, pe baza densității substanțelor solide sau lichide și a masei unei molecule:

1. Masa moleculelor

Raportul dintre masa unei substanțe m la numărul de molecule Nîn această substanță:

1. Greutatea moleculară relativă

Raportul dintre masa unei molecule (sau atom) a unei substanțe date și 1/12 din masa unui atom de carbon:

1. Cantitate de substanță

Cantitatea de substanță este egală cu raportul dintre numărul de particule Nîn organism (atomi - în substanța atomică, molecule - în moleculară) la numărul de molecule dintr-un mol de substanță NDAR:

1. constanta Avogadro

Numărul de molecule conținute într-un mol dintr-o substanță.

1. Masă molară

Masa molară a unei substanțe este masa unei substanțe luate într-o cantitate de 1 mol.

În Sistemul Internațional de Unități, masa molară a unei substanțe este exprimată ca kg/mol.

1. Interacțiune (cantitativă bazată pe experiențe)

Interacțiunea moleculelor se caracterizează atât prin atracție cât și prin repulsie în același timp: la distanțe r 0 repulsia domina, la distanta r>r 0 - atracție și scade rapid. La distanta r 0 un sistem de două molecule are un minim de energie potențială (forța de interacțiune este zero) - aceasta este o stare de echilibru stabil

Teoria cinetică moleculară face posibilă înțelegerea de ce o substanță poate fi în stare gazoasă, lichidă și solidă. Din punctul de vedere al MKT, stările de agregare diferă în ceea ce privește valoarea distanței medii dintre molecule și natura mișcării moleculelor unele față de altele.

Principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare au fost confirmate în mod repetat de diferite experimente fizice. De exemplu, cercetarea:

A) difuzie

B) Mișcarea browniană

Rezumat scurt

Teoria molecular-cinetică explică structura și proprietățile corpurilor pe baza mișcării și interacțiunii atomilor, moleculelor și ionilor. MKT se bazează pe trei pozitii, care sunt pe deplin confirmate experimental și teoretic:

1) toate corpurile constau din particule - molecule, atomi, ioni;

2) particulele sunt în mișcare termică haotică continuă;

3) între particulele oricărui corp există forțe de interacțiune - atracție și repulsie.

Structura moleculară a unei substanțe este confirmată prin observarea directă a moleculelor la microscoapele electronice, precum și prin dizolvarea solidelor în lichide, compresibilitatea și permeabilitatea unei substanțe. Mișcare termică - mișcare brunianăși difuzie. Prezența interacțiunii intermoleculare rezistența și elasticitatea solidelor, tensiunea superficială a lichidelor.

Schiță de referință pentru lecție:

Întrebări pentru autocontrol în blocul „Prevederi de bază ale teoriei cinetice moleculare și fundamentarea lor experimentală”

1. Formulați principalele prevederi ale teoriei molecular-cinetice.
2. Ce observații și experimente confirmă principalele prevederi ale teoriei cinetice moleculare?
3. Ce este o moleculă? atom?
4. Ce se numește greutate moleculară relativă? Ce formulă exprimă acest concept?
5. Care este cantitatea unei substanțe? Ce formulă exprimă acest concept? Care este unitatea de măsură a unei substanțe?
6. Ce se numește constanta Avogadro?
7. Care este masa molară a unei substanțe? Ce formulă exprimă sensul acestui concept? Care este unitatea de unitate a masei molare?
8. Care este natura forțelor intermoleculare?
9. Care sunt proprietățile forțelor moleculare?
10. Cum depind forțele de interacțiune de distanța dintre ele?
11. Descrieți natura mișcării moleculelor în gaze, lichide și solide.
12. Care este natura împachetării particulelor în gaze, lichide și solide?
13. Care este distanța medie dintre moleculele din gaze, lichide și solide?
14. Enumerați principalele proprietăți ale gazelor, lichidelor, solidelor.
15. Ce se numește mișcare browniană?
16. Ce indică mișcarea browniană?
17. Ce se numește difuzie? Dați exemple de difuzie în gaze, lichide și solide.
18. 18. Cum depinde viteza de difuzie de temperatura corpurilor?