Основные положения Молекулярно-кинетической теории (МКТ)

 

Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

- все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;

-  астицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);

- частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.

МКТ стала одной из самых успешных физических теорий и была подтверждена целым рядом опытных фактов. Основными доказательствами положений МКТ стали:

 

Диффузия. Тепловое движение. Броуновское движение.

Диффузия - перемешивание газов, жидкостей и твердых тел при их непосредственном контакте.

 

 

 

Броуновское движение — это тепловое движение взве­шенных в жидкости (или газе) частиц.

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это тепловое движение мельчайших микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе. Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном в 1827 г. Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую.

 

 

 

 

Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г. Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Ж. Перрена, проведенных в 1908–1911 гг.

 

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 — массы атома углерода (так называемая угле­родная шкала атомных масс). Относительной молеку­лярной (или атомной) массой вещества Мr называют отношение массы молекулы (или атома) т0 данного вещества к 1/12 массы атома углерода.   (1)

 

Количество вещества и постоянная Авогадро. Количество вещества наиболее естественно было бы измерять числом молекул или атомов в теле. Но число молекул в любом макроскопическом теле так велико, что в расчетах используют не абсолютное число молекул, а относительное их число.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

 

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C. Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул).

Это число называется постоянной Авогадро NА:   NА = 6,02·1023 моль–1

 

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории.

 

Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро NА:

 

 

Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро: μ = NА · m0        (3)

 

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.

Молярные массы всех химических элементов точно измерены и представлены в таблице Менделеева.

Складывая молярные массы элементов, входящих в состав молекулы вещества, можно вычислить молекулярную массу вещества. Например, молекулярная масса углекислого газа С02 приближенно равна 44, так как относительная атомная масса углерода точно равна 12, а кислорода примерно 16: 12 + 2 • 16 = 44.

 

Масса m любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле: (4) , где m0 -масса молекулы.

Число молекул равно:   (5),

концентрация молекул (6)

Учитывая формулу (2) и (5), количество вещества определяется: (7)

Также количество вещества можно найти по формуле: (8),

где Vm – молярный объем.

Vm = 22,4·10-3 м3.

 

Плотность вещества: (9)

 

Примеры решения задач:

Задача 1. Определить число молекул, находящиеся при нормальных условиях в: 1) 1г азота, 2) 1г углекислого газа, 3) в 1 м3 кислорода.

 

 

Задача 2. Найти массу атома водорода, гелия, хлора.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1. Найти массу атомов гелия, хлора.

2. Зная, что диаметр молекулы кислорода равен 2,98·10-10 м, подсчитать какой длины получилась бы цепочка из молекул, находящихся в 0,5 см3 кислорода при нормальных условиях, если эти молекулы расположены вплотную в один ряд.

3. Определить число атомов, содержащихся при нормальных условиях: 1) в 1г гелия; 2) 1г полностью диссоциированного азота; 3) в 1 м3 аргона.

4. Зная постоянную Авогадро, найти массу молеку­лы и атома водорода.

5. Сколько молекул содержится в углекислом газе (С02) массой 1 г?

6. Найти число атомов в алюминиевом предмете мас­сой 135 г.

7. На изделие, поверхность которого 20 см2, нанесен слой серебра толщиной 1 мкм. Сколько атомов серебра содер­жится в покрытии?

 

Домашнее задание:

 Контрольные вопросы.

1.Чему равна относительная молекулярная масса воды?

2.Сколько молекул в двух молях воды?

 

Задачи

1. Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?

2. Какова масса 500 моль углекислого газа?

3. Какой объем занимают 100 моль ртути?

4. Сравнить массы и объемы двух тел, сделанных соответственно из олова и свинца, если в них содержатся рав­ные количества вещества.