A főbb rendelkezések az ILC - studopediya
Molekuláris kinetikai elmélet néven elmélet a szerkezete és tulajdonságai anyagok alapján a képviselet a létezését az atomok és molekulák, mint a legkisebb részecskék a kémiai.
Az alapot a molekuláris kinetikai elmélet alapján három fő pontot:
1. Minden anyagok - folyékony, szilárd és gáz halmazállapotú - vannak kialakítva perces részecskék - molekulák, amelyek önmagukban álló atomok ( „elemi molekulák”). A molekulák a kémiai lehet egyszerű vagy bonyolult, és áll egy vagy több atom. A molekulák és atomok elektromosan semleges részecskék. Bizonyos körülmények között, a molekulák és atomok is szerezhetnek további elektromos töltése, és viszont egy pozitív vagy negatív ionok.
2. Az atomok és molekulák állandó véletlenszerű mozgásban.
3. A részecskék kölcsönhatásba egymással erők, amelyek elektromos jellegű. Gravitációs kölcsönhatás a részecskék között elhanyagolható.
Ábra 3.1.1. A pályája Brown részecskék.
A legszembetűnőbb kísérleti igazolását az ábrázolások a molekuláris-kinetikai elmélet véletlenszerű mozgás az atomok és molekulák Brown-mozgás. Ez a termikus mozgás apró mikroszkopikus részecskék folyadékban szuszpendált vagy gáz. Ezt fedezte fel az angol botanikus R. Brown (1827). Brown-részecskék mozognak hatása alatt a sokkok rendezetlen molekulák. Mivel a random hő a molekulák mozgása, sztrájkok soha kioltják egymást. Ennek eredményeként, a sebességet a Brown-féle részecskék véletlenszerűen változik nagyságát és irányát, és röppályája egy komplex cikcakk görbe (ábra. 3.1.1). Az elmélet a Brown-mozgás hozta létre Albert Einstein (1905). Kísérletileg Einstein elmélete megerősítést nyert kísérletek francia fizikus Jean Perrin (1908-1911 gg.).
Az erők két molekula között, attól függően, hogy a köztük lévő távolság. A molekulák komplex térbeli szerkezete mind pozitív és negatív töltések. Ha a távolság a molekulák elég nagy, akkor uralja a erők intermolekuláris vonzás. Abban a kis távolságok taszító erők uralkodnak. Attól függően, hogy az eredő erő az F és a potenciális energia Ep közötti kölcsönhatás molekulái közötti távolság a központok minőségileg ábrán látható. 3.1.2. R távköznyire = r0 kölcsönhatás erő eltűnik. Ez a távolság lehet hagyományosan venni, mint az átmérője a molekula. A potenciális energia interakció, amikor r = r0 minimális. Eltávolításához egymástól két molekula a távolból r0. meg kell, hogy tájékoztassa őket az extra energia E0. A mennyiség E0 a mélységben a potenciális jól vagy kötési energia.
Ábra 3.1.2. A kölcsönhatás F erő és a potenciális energia közötti kölcsönhatás két molekula Ep. F> 0 - egy taszító erő, F <0 – сила притяжения.
Molekulák rendkívül kis méretűek. Egyszerű egyértékű molekulák mérete nagyságrendileg 10 -10 m. Komplex poliatomos molekulák méretei: több száz vagy ezer-szer nagyobb.
Disorderly kaotikus mozgás a molekulák az úgynevezett termikus mozgást. A kinetikus energia termikus mozgásának üteme a hőmérséklet növekedésével. Alacsony hőmérsékleteken, az átlagos kinetikus energiája a molekula kevesebb lehet, mint a mélység a potenciálgödör E0. Ebben az esetben, a molekulák kondenzálódnak folyékony vagy szilárd; ahol az átlagos távolság a molekulák közötti körülbelül egyenlő r0. Növekvő hőmérséklettel, az átlagos kinetikus energiája a molekulák nagyobb, mint E0. fly molekula, és a termelt gáz alakú anyagok.
A szilárd, a molekulák szúrópróbaszerûen ingadozások körül fix pont (egyensúlyi pont). Ezek a központok lehetnek rendezve szabálytalan módon a térben (az amorf test) vagy ömlesztett formában rendezett szerkezetek (kristályos szilárd anyagok) (lásd. §3.6).
Modell. Összesített államok.
A folyadékok, molekulák sokkal nagyobb szabadságot termikus mozgást. Ezek nem kötődnek konkrét központok és tudja mozgatni az egész folyadék térfogata. Ez magyarázza a folyadék áramlását. A szorosan elhelyezett folyadék-molekula is alkothat, rendezett szerkezetek tartalmazó több molekula. Ez az úgynevezett rövid hatótávolságú érdekében, szemben a hosszú távú érdekében. jellemző kristályos anyagok.
A távolság a gázmolekulák általában sokkal nagyobb, mint a méretük. Kölcsönhatás erők közötti molekulák ilyen nagy távolságok kicsi, és minden egyes molekulában mozog egy egyenes vonal mentén, amíg a következő ütközés egy másik molekulával vagy a tartály falával. Az átlagos távolság a levegő molekulák normál körülmények között a sorrendben 10 -8 m, m. E. tízszer akkora molekulák. A gyenge kölcsönhatás közötti molekulák magyarázza a képességét gázok bővíteni, és töltse ki a teljes mennyiség az edény. A határ, amikor a kölcsönhatás nullához érkezünk a koncepciót, amely ideális gáz.
A molekuláris-kinetikai elmélet anyag mennyisége tekinthető arányos a részecskék számát. Egység mennyiségű nevezett anyagok mol (mól).
Mol - egy anyag mennyisége tartalmazó azonos mennyiségű részecskék (molekulák), ahány atom a szén-12 0,012 kg szén-C. A molekula olyan egyetlen atom.
Így, egy mól bármely anyag tartalmazza ugyanazt a részecskék száma (molekulák). Ez a szám az úgynevezett állandó AvogadroNA:
Ez az egyenlet létrehozza a kapcsolatot közötti p nyomás ideális gáz, a tömege m0 a molekula. koncentráció n molekulák. az átlagos értéke a sebesség négyzet és az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás a molekulák. Ez az úgynevezett alapvető egyenlet molekuláris gázok kinetikus elméletét.
Így, a gáz nyomása megegyezik az kétharmada az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás a molekulák az egység által tartalmazott mennyiség.
A alapegyenletének molekuláris gázok kinetikus elméletét tartalmaz a termék koncentrációja n molekulák átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás. Feltételezve, hogy a tárolt gáz a tartályban állandó térfogat V. Az (N - molekulák száma az edényben). Ebben az esetben a nyomás változása # 916; p arányos a változás az átlagos kinetikus energia.
A kérdés: hogyan lehet megváltoztatni a tapasztalat az átlagos kinetikus energiája molekulák mozgásának egy edényben állandó térfogatú? Mi a fizikai mennyiség kell változtatni változtatni az átlagos kinetikus energia fizika Ez az érték a hőmérséklet.
A hőmérséklet fogalma szorosan kapcsolódik a fogalom a termikus egyensúly. A testek érintkeznek egymással, megoszthatják energiát. Az átadott energia egy másik test termikus kapcsolatban, az úgynevezett hőmennyiség.
Termikus egyensúly - egy állami rendszer testek, amelyek a termikus kapcsolat, amelyben nincs hőátadás egyik testből a másikba, és minden makroszkopikus paramétereinek szervek változatlan marad. Hőmérséklet - ez egy fizikai paraméter, amely megegyezik az összes szervek termikus egyensúlyban. Bevezetésének lehetőségét a hőmérséklet fogalma legyen a tapasztalat, és az úgynevezett zéró főtétele.
Mérni hőmérsékletet fizikai eszközök - hőmérők. amelyben a hőmérséklet értéke alapján ítélik meg a változás egy fizikai tulajdonság. Ahhoz, hogy hozzon létre egy hőmérőt kell választania termometriás anyag (például higany, alkohol) és termometriás értéket. jellemző tulajdonsága egy anyag (például, hossza a higanyt vagy alkohol oszlop). A különböző konstrukciók hőmérők használni a különböző fizikai tulajdonságai az anyag (például, változások a lineáris méretei szilárd vagy változás a villamos ellenállása vezetékek melegítéssel).
Hőmérők kalibrálni kell. Erre a célra hozták be ezeket termikus érintkezésbe a szervekkel, hogy az említett előre meghatározott hőmérsékleten. A leggyakrabban használt egyszerű természetes rendszerek, amelyekben a hőmérséklet állandó marad, annak ellenére, hogy a hőcserélő a környezettel - a reakcióelegyet jég és víz keverékével víz és gőz forralással légköri nyomáson. A Celsius hőmérsékleti skála jég olvadáspontja tulajdonítják, hogy a hőmérséklet 0 ° C és a víz forráspontja - 100 ° C-on Megváltoztatása a hossza a folyadékoszlop a kapilláris hőmérő egyszázad hosszának védjegyek közötti 0 ° C és 100 ° C-on vesszük egyenlő 1 ° C-on Egyes országokban (US) széles körben használják Fahrenheit (TF), ahol a fagyasztási hőmérséklete vizet vesznek egyenlő 32 ° F, és a víz forráspontja egyenlő 212 ° F. ezért
A különleges helyet foglal el a fizika foglalnak gáz hőmérő (ábra 3.2.4.), Amelyben a termometrikus anyag ritkított gáz (hélium, a levegő) egy edényben az állandó térfogatú (V = const), egy termometriás mennyiség - a gáz nyomása p. A tapasztalat azt mutatja, hogy a gáz nyomása (a V = const) növekszik a hőmérséklet növelésével, mért Celsius skálán.
Ábra 3.2.4. Gáz hőmérő állandó térfogatú.
A kalibráláshoz a gáz hőmérő állandó térfogat, a nyomás mérhető két hőmérsékleti értékek (például 0 ° C és 100 ° C-on), tegye a pontot p0 és P100 a grafikonon, majd húzzon egy egyenes vonal (ábra. 3.2.5) közöttük. A így előállított kalibrációs görbe, meg lehet határozni a megfelelő hőmérséklet a másik nyomás értékeket. Extrapolálva a grafikon alsó nyomás, lehetséges, hogy meghatározza néhány „hipotetikus” hőmérséklet, amelynél a gáz nyomása nulla lenne. A tapasztalat azt mutatja, hogy ez a hőmérséklet a -273,15 ° C és függ a gáz tulajdonságaitól. Nem sikerült kísérletileg kapott gáz hűtésére állapotban nulla nyomás, mert nagyon alacsony hőmérsékleten, az összes gáz bejut a folyékony vagy szilárd állapotban.
Ábra 3.2.5. gáznyomás a hőmérséklet függvényében a V = const.
Angol fizikus William Kelvin (Thomson) 1848-ban javasolta a használatát nulla gáznyomás pont az épület egy új hőmérsékleti skála (Kelvin-skála). Az ilyen méretű, a hőmérséklet mérő egység ugyanaz, mint a Celsius skála, de a nulla pont tolódik:
Az SI mértékegység elfogadott Kelvin és Kelvin hőmérsékleten hívást betűvel jelöljük K. Például, szobahőmérsékleten TA = 20 ° C Kelvin egyenlő TC = 293,15 K.
Kelvin hőmérsékleti skála hívják az abszolút hőmérsékleti skála. Ez a legkényelmesebb az építési fizikai elméleteket.
Nincs szükség kötni a Kelvin-skála két fix pont - olvadáspontja jég és a víz forráspontja légköri nyomáson, amint ez szokásos a Celsius skála.
Szintén gáznyomás nulla pont, amely az úgynevezett abszolút nulla hőmérséklet. elég ahhoz, hogy egy másik fix viszonyítási pont. A Kelvin-skála mint ilyen használunk szempontjából vízhőmérséklet a hármas pont (0,01 ° C), ahol mind a három fázis termikus egyensúlyban - jég, víz és gőz. Kelvin hőmérséklete a hármas pont feltételezzük, hogy 273,16 K.
Gáz hőmérők nehézkes és kényelmetlen a gyakorlati használatra: használják őket, mint standard precíziós kalibrálására egyéb hőmérők.
Így a nyomás a rarefied gáz egy hajó állandó térfogatú V egyenesen arányos az abszolút hőmérséklet: p
T. Másrészt, a tapasztalat azt mutatja, hogy állandó térfogatú V és T hőmérséklet gáznyomás változása egyenesen arányos az anyagmennyiség aránya # 957; Az edényben a V térfogata az edény
ahol N - molekulák száma a hajó, NA - Avogadro-szám, n = N / V - molekuláris koncentráció (azaz, a molekulák száma egységnyi térfogatban a hajó ..). Ötvözi ezeket a kapcsolatokat az arányosság, írhatunk:
ahol k - egy univerzális állandó a gázokat. Ezt nevezik a Boltzmann állandó. tiszteletére az osztrák fizikus L. Boltzmann (1844-1906 gg.), az egyik alapító molekuláris-kinetikai elmélet. Boltzmann állandó - az egyik alapvető fizikai állandók. A számérték SI:
k = 1,38 · 10 -23 J / K.
Arányt összehasonlítjuk p = NKT az alapvető egyenlettel molekuláris gázok kinetikus elméletét, állíthatjuk elő:
Az átlagos kinetikus energiája a véletlenszerű mozgás a gázmolekulák egyenesen arányos az abszolút hőmérséklettel.
Így, a hőmérséklet olyan intézkedés az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás a molekulák.
Meg kell jegyezni, hogy az átlagos kinetikus energiája a transzlációs mozgás egy molekula független a tömegét. Brown részecske szuszpenzióban a folyadék vagy gáz ugyanolyan átlagos kinetikus energiája, különálló molekulaként melynek tömege sok nagyságrenddel kisebb, mint a tömege Brown részecskék. Ez a következtetés vonatkozik arra az esetre, ahol a hajó kémiailag kölcsönhatásba nem lépő gázok keveréke, a molekulák, amelyek különböző tömegeket. A egyensúlyi állapot molekulák különböző gázok azonos átlagos kinetikus energiája hő-mozgás határozza meg csak a keverék hőmérséklete. Nyomás gázkeveréket az érfal áll a parciális nyomások az egyes gázok:
Ez az arány n1. n2. n3. ... - molekuláris koncentrációja különböző gázok a keverékben. Ezt az összefüggést fejezi ki a nyelvet a molekuláris kinetikus elméletét kísérletileg létrehozott elején a XIX században, Dalton-törvény: a nyomás a keverék kémiai kölcsönhatásba nem lépő gáz összegével egyenlő a parciális nyomás.