Ta'rif 1

Molekulyar kinetik nazariya kimyoviy moddalarning eng kichik zarralari sifatida atomlar va molekulalarning mavjudligi haqidagi g'oyaga asoslangan materiyaning tuzilishi va xususiyatlari haqidagi ta'limotdir.

Molekulyarning asosiy tamoyillari kinetik nazariya molekulalar:

1. Barcha moddalar suyuq, qattiq va gazsimon holatda bo'lishi mumkin. Ular atomlardan tashkil topgan zarrachalardan hosil bo'ladi. Elementar molekulalar murakkab tuzilishga ega bo'lishi mumkin, ya'ni ular bir nechta atomlarni o'z ichiga olishi mumkin. Molekulalar va atomlar elektr neytral zarralar bo'lib, ular ma'lum sharoitlarda qo'shimcha elektr zaryadini oladi va musbat yoki manfiy ionlarga aylanadi.
2. Atomlar va molekulalar uzluksiz harakatlanadi.
3. Elektr quvvatiga ega bo'lgan zarralar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Yuqorida AKTning asosiy qoidalari va ularning misollari keltirilgan. Zarrachalar o'rtasida tortishish kuchi juda kam.

3-rasm. 1 . 1 . Braun zarrasining traektoriyasi.

Ta'rif 2

Molekulalar va atomlarning Braun harakati molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tamoyillari mavjudligini tasdiqlaydi va uni eksperimental asoslaydi. Zarrachalarning bu issiqlik harakati suyuqlik yoki gazda to'xtatilgan molekulalar bilan sodir bo'ladi.

Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy qoidalarini eksperimental asoslash

1827 yilda R.Braun molekulalarning tasodifiy ta'siri va harakati natijasida yuzaga kelgan bu harakatni kashf etdi. Jarayon xaotik tarzda sodir bo'lganligi sababli, zarbalar bir-birini muvozanatlashtira olmadi. Demak, Broun zarrasining tezligi doimiy bo'lishi mumkin emas, u doimo o'zgarib turadi va yo'nalishli harakat 3-rasmda ko'rsatilgan zigzag ko'rinishida tasvirlangan. 1 . 1 .

A. Eynshteyn 1905 yilda Braun harakati haqida gapirgan. Uning nazariyasi J. Perrinning 1908 - 1911 yillardagi tajribalarida tasdiqlangan.

Ta'rif 3

Eynshteyn nazariyasining natijasi: ofset kvadrat< r 2 >Ko'pgina Broun zarralari bo'yicha o'rtacha hisoblangan boshlang'ich holatiga nisbatan Braun zarrasi kuzatish vaqti t ga proportsionaldir.

Ifoda< r 2 >= D t diffuziya qonunini tushuntiradi. Nazariyaga ko'ra, bizda harorat oshishi bilan D monoton ravishda ortadi. Tasodifiy harakat diffuziya mavjudligida ko'rinadi.

Ta'rif 4

Diffuziya- bu ikki yoki undan ortiq aloqa qiluvchi moddalarning bir-biriga kirib borishi hodisasining ta'rifi.

Bu jarayon geterogen gazda tez sodir bo'ladi. Turli xil zichlikdagi diffuziya misollari tufayli bir hil aralashmani olish mumkin. Kislorod O2 va vodorod H2 bo'linma bilan bir idishda bo'lsa, u chiqarilganda, gazlar aralashib, xavfli aralashmani hosil qiladi. Vodorod tepada va kislorod pastda bo'lganda jarayon mumkin.

Interpenetratsiya jarayonlari suyuqliklarda ham sodir bo'ladi, lekin ancha sekinroq. Agar qattiq, shakarni suvda eritib yuborsak, biz bir hil eritmani olamiz, ya'ni yaqqol misol suyuqliklarda diffuziya jarayonlari. Haqiqiy sharoitda suyuqlik va gazlarda aralashtirish tez aralashtirish jarayonlari bilan maskalanadi, masalan, konveksiya oqimlari paydo bo'lganda.

Diffuziya qattiq moddalar sekin tezligi bilan ajralib turadi. Agar metallar orasidagi o'zaro ta'sir yuzasi tozalansa, ularning har birida uzoq vaqt davomida boshqa metall atomlari paydo bo'lishini ko'rishingiz mumkin.

Ta'rif 5

Diffuziya va Broun harakati o'zaro bog'liq hodisalar hisoblanadi.

Ikkala moddaning zarralari bir-biriga kirib ketganda, harakat tasodifiy, ya'ni molekulalarning xaotik issiqlik harakati kuzatiladi.

Ikki molekula o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlar ular orasidagi masofaga bog'liq. Molekulalarda musbat va manfiy zaryadlar mavjud. Katta masofalarda molekulalararo tortishish kuchlari, kichik masofalarda esa itarish kuchlari ustunlik qiladi;

Chizma 3 . 1 . 2 hosil bo'lgan F kuch va molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi E p ularning markazlari orasidagi masofaga bog'liqligini ko'rsatadi. r = r 0 masofada o'zaro ta'sir kuchi nolga aylanadi. Bu masofa shartli ravishda molekulaning diametri sifatida qabul qilinadi. r = r 0 da, o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi minimal bo'ladi.

Ta'rif 6

Ikki molekulani bir-biridan r 0 masofada siljitish uchun siz E 0 deb ataladigan aloqa qilishingiz kerak bog'lanish energiyasi yoki potentsial quduq chuqurligi.

3-rasm. 1 . 2.O'zaro ta'sir kuchi F va o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi E r ikki molekula. F > 0- itaruvchi kuch; F< 0 - tortishish kuchi.

Molekulalarning o'lchamlari kichik bo'lganligi sababli, oddiy monotomiklar 10-10 m dan ortiq bo'lishi mumkin emas.

Ta'rif 7

Molekulalarning tasodifiy xaotik harakati deyiladi termal harakat.

Harorat ko'tarilgach, u oshadi kinetik energiya termal harakat. Past haroratlarda o'rtacha kinetik energiya ko'p hollarda bo'ladi qiymatdan kamroq potentsial quduqning chuqurligi E 0. Bu holat molekulalarning suyuqlik yoki qattiq jismga oqib o'tishini, ular orasidagi o'rtacha masofa r 0 ekanligini ko'rsatadi. Agar harorat ko'tarilsa, molekulaning o'rtacha kinetik energiyasi E 0 dan oshadi, keyin ular bir-biridan uchib, gazsimon moddani hosil qiladi.

Qattiq jismlarda molekulalar qo'zg'almas markazlar, ya'ni muvozanat pozitsiyalari atrofida tasodifiy harakatlanadi. Ular kosmosda tartibsiz (amorf jismlarda) yoki tartiblangan hajmli tuzilmalar (kristal jismlar) shakllanishi bilan taqsimlanishi mumkin.

Moddalarning agregat holatlari

Molekulalarning issiqlik harakati erkinligi suyuqliklarda ko'rinadi, chunki ular markazlarga bog'lanmagan, bu butun hajm bo'ylab harakatlanish imkonini beradi. Bu uning suyuqligini tushuntiradi.

Ta'rif 8

Agar molekulalar yaqin joylashgan bo'lsa, ular bir nechta molekulalardan iborat tartibli tuzilmalar hosil qilishi mumkin. Bu hodisa deyiladi qisqa muddatli buyurtma. Uzoq muddatli buyurtma kristall jismlarga xosdir.

Gazlardagi molekulalar orasidagi masofa ancha katta, shuning uchun faol kuchlar kichik bo'lib, ularning harakatlari keyingi to'qnashuvni kutib, to'g'ri chiziq bo'ylab boradi. 10-8 m qiymati havo molekulalari orasidagi o'rtacha masofadir normal sharoitlar. Kuchlarning o'zaro ta'siri zaif bo'lgani uchun gazlar kengayadi va idishning istalgan hajmini to'ldirishi mumkin. Agar ularning o'zaro ta'siri nolga teng bo'lsa, biz vakillik haqida gapiramiz ideal gaz.

Ideal gazning kinetik modeli

Mtda moddaning miqdori zarrachalar soniga mutanosib hisoblanadi.

Ta'rif 9

Mole- bu 0,012 kg uglerod C 12 tarkibida qancha atom bo'lsa, shuncha zarracha (molekula) bo'lgan moddaning miqdori. Uglerod molekulasi bitta atomdan iborat. Bundan kelib chiqadiki, 1 mol moddada bir xil miqdordagi molekulalar mavjud. Bu raqam chaqirdi doimiy Avogadro N A: N A = 6,02 ċ 1023 mol – 1.

Moddaning miqdorini aniqlash formulasi ν zarralar sonining N Avogadro doimiysi N A nisbati sifatida yoziladi: n = N N A.

Ta'rif 10

Bir mol moddaning massasi molyar massa M deyiladi. U M = N A ċ m 0 formula ko'rinishida o'rnatiladi.

Ifoda molyar massa mol uchun kilogramm (kg/mol) da ishlab chiqariladi.

Ta'rif 11

Agar moddada bitta atom mavjud bo'lsa, unda biz bu haqda gapirishimiz mumkin atom massasi zarralar. Atom birligi uglerod izotopining 112 massasi C 12 deb ataladi atom massa birligi va shunday yoziladi ( A. yemoq.): 1 a. e.m. = 1,66 ċ 10 - 27 kg.

Bu qiymat proton va neytronning massasiga to'g'ri keladi.

Ta'rif 12

Berilgan moddaning atomi yoki molekulasi massasining uglerod atomining 112 massasiga nisbati deyiladi. nisbiy massa.

Agar siz matnda xatolikni sezsangiz, uni belgilang va Ctrl+Enter tugmalarini bosing

Materiya zarrachalardan iborat.

Molekula- Bu asosiy kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lgan moddaning eng kichik zarrasi.

Molekula atomlardan tashkil topgan. Atom- kimyoviy reaksiyalar paytida bo'linmaydigan moddaning eng kichik zarrasi.

Ko'pgina molekulalar bir-biriga bog'langan ikki yoki undan ortiq atomlardan iborat kimyoviy bog'lanishlar. Ayrim molekulalar yuz minglab atomlardan tashkil topgan.

Molekulyar kinetik nazariyaning ikkinchi pozitsiyasi

Molekulalar doimiy xaotik harakatda. Bu harakat tashqi ta'sirlarga bog'liq emas. Harakat molekulalarning to'qnashuvi tufayli oldindan aytib bo'lmaydigan yo'nalishda sodir bo'ladi. Buning isboti Braun harakati zarralar (1827 yilda R. Braun tomonidan kashf etilgan). Zarrachalar suyuqlik yoki gazga joylashtiriladi va ularning oldindan aytib bo'lmaydigan harakati moddaning molekulalari bilan to'qnashuvi tufayli kuzatiladi.

Braun harakati

Xaotik harakatning dalili diffuziya- bir moddaning molekulalarining boshqa moddaning molekulalari orasidagi bo'shliqlarga kirib borishi. Misol uchun, biz havo spreyi hidini nafaqat püskürtülmüş joyda his qilamiz, balki u asta-sekin xona bo'ylab havo molekulalari bilan aralashadi.

Materiya holati

IN gazlar molekulalar orasidagi o'rtacha masofa ularning o'lchamlaridan yuzlab marta katta. Asosan, molekulalar oldinga va bir tekis harakatlanadi. To'qnashuvlardan keyin ular aylana boshlaydi.

IN suyuqliklar molekulalar orasidagi masofa ancha kichik. Molekulalar tebranish va oldinga harakat. Qisqa vaqt oralig'idan so'ng molekulalar yangi muvozanat holatiga o'tadi (biz suyuqlikning suyuqligini kuzatamiz).

IN qattiq Jismlarda molekulalar tebranadi va juda kam harakatlanadi (faqat harorat oshishi bilan).

Molekulyar kinetik nazariyaning uchinchi pozitsiyasi

Tabiatan elektromagnit bo'lgan molekulalar o'rtasida o'zaro ta'sir kuchlari mavjud. Bu kuchlar elastik kuchlarning paydo bo'lishini tushuntirishga yordam beradi. Modda siqilganda molekulalar bir-biriga yaqinlashadi va ular o'rtasida itaruvchi kuch paydo bo'ladi. tashqi kuchlar Molekulalar bir-biridan uzoqlashadi (moddani cho'zadi) va ular orasida jozibali kuch paydo bo'ladi.

Moddaning zichligi

Bu formula bilan aniqlanadigan skalyar miqdordir

Moddalarning zichligi - ma'lum jadval qiymatlari

Moddaning kimyoviy xususiyatlari

Avogadro doimiysi N A- 12 g uglerod izotopidagi atomlar soni

Ushbu videodars “AKTning asosiy qoidalari. Moddaning tuzilishi. Molekula". Bu erda siz molekulyar kinetik nazariya (MKT) fizikada nimani o'rganishini bilib olasiz. AKT asos bo'lgan uchta asosiy qoida bilan tanishing. Nima aniqlayotganini bilib oling jismoniy xususiyatlar moddalar va atom va molekula nima.

Birinchidan, biz o'rgangan fizikaning oldingi barcha bo'limlarini eslaylik va shu vaqt ichida biz makroskopik jismlar (yoki makrodunyo ob'ektlari) bilan sodir bo'ladigan jarayonlarni ko'rib chiqayotganimizni tushunamiz. Endi biz ularning tuzilishi va ular ichida sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganamiz.

Ta'rif. Makroskopik tana-dan tashkil topgan tana katta raqam zarralar. Masalan: mashina, odam, sayyora, bilyard to'pi...

Mikroskopik tana - bir yoki bir nechta zarralardan tashkil topgan tana. Masalan: atom, molekula, elektron... (1-rasm).

Guruch. 1. Mos ravishda mikro va makroob'ektlarga misollar

MCT kursini o'rganish mavzusini shu tarzda aniqlagandan so'ng, biz MCT kursining o'z oldiga qo'ygan asosiy maqsadlari haqida gapirishimiz kerak, xususan:

1. Makroskopik jism ichida sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganish (zarrachalarning harakati va o'zaro ta'siri)
2. Jismlarning xususiyatlari (zichlik, massa, bosim (gazlar uchun) ...)
3. Issiqlik hodisalarini o'rganish (isitish-sovutish, o'zgarishlar agregatsiya holatlari tanasi)

Butun mavzu davomida bo'lib o'tadigan ushbu masalalarni o'rganish endi biz AKTning asosiy qoidalari deb ataladigan narsalarni, ya'ni haqiqati uzoq vaqtdan beri shubhasiz bo'lgan ba'zi bayonotlarni shakllantirishimizdan boshlanadi. undan boshlab butun keyingi kurs quriladi.

Keling, ularni birma-bir ko'rib chiqaylik:

Barcha moddalar ko'p sonli zarralar - molekulalar va atomlardan iborat.

Ta'rif. Atom- kimyoviy elementning eng kichik zarrasi. Atomlarning o'lchamlari (ularning diametri) sm ga teng, molekulalardan farqli o'laroq, atomlarning har xil turlari nisbatan kam. Hozirgi vaqtda insonga ma'lum bo'lgan ularning barcha navlari davriy jadval deb ataladigan tizimda to'plangan (2-rasmga qarang).

Guruch. 2. Davriy jadval kimyoviy elementlar(aslida atomlarning navlari) D. I. Mendeleyev

Molekula- atomlardan tashkil topgan materiyaning struktura birligi. Atomlardan farqli o'laroq, ular kattaroq va og'irroq, eng muhimi, ular juda katta xilma-xillikka ega.

Molekulalari bitta atomdan tashkil topgan modda deyiladi atom, dan Ko'proq - molekulyar. Masalan: kislorod, suv, osh tuzi () - molekulyar; geliy kumushi (He, Ag) - atomik.

Bundan tashqari, makroskopik jismlarning xususiyatlari nafaqat bog'liq bo'lishini tushunish kerak miqdoriy xarakteristikalar ularning mikroskopik tarkibi, balki sifati bo'yicha ham.

Agar atomlarning tuzilishida modda ma'lum bir geometriyaga ega bo'lsa ( kristall panjara), yoki, aksincha, yo'q, u holda bu jismlar turli xil xususiyatlarga ega bo'ladi. Masalan, amorf jismlar qattiq erish nuqtasiga ega emas. Ko'pchilik mashhur misol- amorf grafit va kristalli olmos. Ikkala modda ham uglerod atomlaridan iborat.

Guruch. 3. Grafit va olmos

Shunday qilib, “qanchadan, qaysida nisbiy pozitsiya va modda qanday atom va molekulalardan iborat? - birinchi savol, uning javobi bizni jismlarning xususiyatlarini tushunishga yaqinlashtiradi.

Yuqorida tilga olingan barcha zarralar uzluksiz termal xaotik harakatda.

Yuqorida muhokama qilingan misollarda bo'lgani kabi, bu harakatning nafaqat miqdoriy tomonlarini, balki sifat jihatidan ham tushunish muhimdir. turli moddalar.

Qattiq jismlarning molekulalari va atomlari doimiy holatiga nisbatan ozgina tebranishlarga uchraydi; suyuqlik - ham tebranadi, lekin molekulalararo bo'shliqning kattaligi tufayli ular ba'zan bir-biri bilan o'rin almashadi; Gaz zarralari, o'z navbatida, amalda to'qnashmasdan, fazoda erkin harakatlanadi.

Zarrachalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Bu o'zaro ta'sir elektromagnit xarakterga ega (atom yadrolari va elektronlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir) va ikkala yo'nalishda (ham tortishish, ham itarilish) ta'sir qiladi.

Bu yerga: d- zarralar orasidagi masofa; a- zarrachalar hajmi (diametri).

"Atom" tushunchasi birinchi marta kiritilgan qadimgi yunon faylasufi va tabiatshunos olim Demokrit (4-rasm). Keyingi davrda rus olimi Lomonosov mikrodunyoning tuzilishi haqida faol qiziqdi (5-rasm).

Guruch. 4. Demokrit

Guruch. 5. Lomonosov

Keyingi darsda AKTning asosiy qoidalarini sifat jihatdan asoslash usullari bilan tanishamiz.

Adabiyotlar ro'yxati

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekulyar fizika. Termodinamika. - M.: Bustard, 2010 yil.
2. Gendenshteyn L.E., Dik Yu.I. Fizika 10-sinf. - M.: Ilexa, 2005 yil.
3. Kasyanov V.A. Fizika 10-sinf. - M.: Bustard, 2010 yil.

1. Elementy.ru ().
   
2. Samlib.ru ().
3. Youtube().

Uy vazifasi

1. *Qanday kuch tufayli yog 'molekulasining o'lchamini o'lchash bo'yicha tajribani amalga oshirish mumkin, bu video darsda ko'rsatilgan?
2. Nima uchun molekulyar kinetik nazariya organik birikmalarni hisobga olmaydi?
3. Nima uchun hatto juda kichik qum donasi ham makrokosmos ob'ekti hisoblanadi?
4. Boshqa zarralarning zarralariga asosan qanday tabiat kuchlari ta'sir qiladi?
5. Muayyan yoki yo'qligini qanday aniqlash mumkin kimyoviy tuzilishi kimyoviy element?

Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tamoyillari.

Molekulyar kinetik nazariya (MKT) moddaning zarrachalari haqidagi g'oyalarga asoslanib, moddalarning xususiyatlarini o'rganadi.

AKT uchta asosiy tamoyilga asoslanadi:

1. Barcha moddalar zarrachalar - molekulalar, atomlar va ionlardan iborat.

2. Moddaning zarralari uzluksiz va tasodifiy harakat qiladi.

3. Moddaning zarralari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Moddadagi atom va molekulalarning tasodifiy (xaotik) harakati issiqlik harakati deyiladi, chunki harorat ortishi bilan zarrachalarning harakat tezligi ortadi. Atom va molekulalarning moddadagi uzluksiz harakatining eksperimental tasdig'i Broun harakati va diffuziyasidir.

Moddaning zarrachalari.

Tabiatdagi barcha moddalar va jismlar atomlar va molekulalardan - atomlar guruhlaridan iborat. Bunday katta jismlar makroskopik deyiladi. Atomlar va molekulalar mikroskopik jismlarga tegishli. Zamonaviy asboblar (ion proyektorlari, tunnel mikroskoplari) alohida atomlar va molekulalarning tasvirlarini ko'rish imkonini beradi.
Moddalar tuzilishining asosini atomlar tashkil qiladi. Atomlarda ham bor murakkab tuzilish, ular iborat elementar zarralar- atom yadrosini tashkil etuvchi protonlar, neytronlar, elektronlar, shuningdek, boshqa elementar zarralar.
Atomlar molekulalarga birlashishi mumkin yoki faqat atomlardan tashkil topgan moddalar bo'lishi mumkin. Atomlar odatda elektr neytraldir. Elektronlarning ortiqcha yoki etishmasligi bo'lgan atomlarga ionlar deyiladi. Ijobiy va manfiy ionlar mavjud.

Rasmda misollar ko'rsatilgan turli moddalar, mos ravishda atomlar, molekulalar va ionlar shaklida tuzilishga ega.

Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari.

Molekulalar orasidagi juda kichik masofalarda itaruvchi kuchlar harakat qiladi. Buning yordamida molekulalar bir-biriga kirmaydi va moddaning bo'laklari hech qachon bir molekula hajmiga siqilmaydi. Molekula shunday murakkab tizim, alohida zaryadlangan zarralardan iborat: elektronlar va atom yadrolari. Umuman olganda, molekulalar elektr neytral bo'lsa-da, ular o'rtasida qisqa masofalarda muhim elektr kuchlari ta'sir qiladi: qo'shni molekulalarning elektronlari va atom yadrolari o'zaro ta'sir qiladi. Agar molekulalar ularning o'lchamlaridan bir necha baravar katta masofada joylashgan bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir kuchlari amalda ta'sir qilmaydi. Elektr neytral molekulalar orasidagi kuchlar qisqa masofaga ega. 2-3 molekulyar diametrdan oshiq masofalarda jozibali kuchlar ta'sir qiladi. Molekulalar orasidagi masofa qisqargan sari tortishish kuchi avval ortadi, keyin esa ikki molekula orasidagi masofa molekulalar radiuslari yig’indisiga teng bo’lganda kamayishni boshlaydi va nolga kamayadi. Masofa qisqargan sari atomlarning elektron qobiqlari bir-birining ustiga chiqa boshlaydi va molekulalar o'rtasida tez ortib borayotgan itaruvchi kuchlar paydo bo'ladi.

Ideal gaz. MKTning asosiy tenglamasi.

Ma'lumki, gazlardagi zarralar suyuqlik va qattiq jismlardan farqli o'laroq, bir-biriga nisbatan o'z o'lchamlaridan sezilarli darajada oshib ketadigan masofalarda joylashgan. Bu holda molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir ahamiyatsiz va molekulalarning kinetik energiyasi molekulalararo o'zaro ta'sir energiyasidan ancha katta bo'ladi. Eng ko'p bilish uchun umumiy xususiyatlar barcha gazlarga xos, soddalashtirilgan modeldan foydalaning haqiqiy gazlar- ideal gaz. Ideal gaz va haqiqiy gaz o'rtasidagi asosiy farqlar:

1. Ideal gaz zarralari juda kichik o'lchamdagi sferik jismlardir, deyarli moddiy nuqtalar.
2. Zarrachalar o'rtasida molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari mavjud emas.
3. Zarrachalar to'qnashuvi mutlaqo elastikdir.

Haqiqiy siyrak gazlar haqiqatan ham ideal gaz kabi harakat qiladi. Gaz bosimining kelib chiqishini tushuntirish uchun ideal gaz modelidan foydalanamiz. Issiqlik harakati tufayli gaz zarralari vaqti-vaqti bilan idishning devorlariga uriladi. Har bir zarba bilan molekulalar tomir devoriga qandaydir kuch bilan ta'sir qiladi. Bir-biriga qo'shilib, alohida zarrachalarning ta'sir kuchlari doimiy ravishda devorga ta'sir qiluvchi ma'lum bir bosim kuchini hosil qiladi. Ko'rinib turibdiki, idishdagi zarrachalar qancha ko'p bo'lsa, ular tomir devoriga shunchalik tez-tez uriladi va bosim kuchi va shuning uchun bosim ham shunchalik katta bo'ladi. Zarrachalar qanchalik tez harakatlansa, idish devoriga shunchalik qattiq uriladi. Keling, aqliy tasavvur qilaylik eng oddiy tajriba: Aylanayotgan to'p devorga tegdi. Agar to'p sekin aylansa, u tez harakat qilgandan ko'ra kamroq kuch bilan devorga uriladi. Zarrachaning massasi qanchalik katta bo'lsa, zarba kuchi shunchalik katta bo'ladi. Zarrachalar qanchalik tez harakat qilsa, ular tez-tez idishning devorlariga uriladi. Demak, molekulalarning tomir devoriga ta'sir qiladigan kuchi birlik hajmdagi molekulalar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (bu raqam molekulalarning kontsentratsiyasi deb ataladi va n bilan belgilanadi), molekulaning massasi mo. , ularning tezligining o'rtacha kvadrati va tomir devorining maydoni. Natijada, biz quyidagilarni olamiz: gaz bosimi zarrachalar kontsentratsiyasiga, zarracha massasiga va zarracha tezligining kvadratiga (yoki ularning kinetik energiyasiga) to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Ideal gaz bosimining zarrachalarning konsentratsiyasi va o'rtacha kinetik energiyasiga bog'liqligi ideal gazning molekulyar kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi bilan ifodalanadi. Biz ideal gaz uchun asosiy MKT tenglamasini umumiy mulohazalardan oldik, lekin uni klassik mexanika qonunlari asosida qat'iy ravishda olish mumkin. MKTning asosiy tenglamasini yozishning bir shakli:
P=(1/3)· n· m o · V 2.

Asosiy natijalar.

Molekulyar kinetik nazariya  deb nomlangan maxsus ideal ob'ektning xatti-harakati va xususiyatlarini tavsiflaydi ideal gaz. Ushbu fizik model moddaning molekulyar tuzilishiga asoslangan. Molekulyar nazariyaning yaratilishi R. Klauzius, J. Maksvell, D. Joul va L. Boltsmanning asarlari bilan bog'liq.

Ideal gaz. Ideal gazning molekulyar-kinetik nazariyasi quyidagi binolarga asoslanadi:

atomlar va molekulalar uzluksiz harakatdagi moddiy nuqtalar sifatida qaralishi mumkin;

gaz molekulalarining ichki hajmi idish hajmiga nisbatan ahamiyatsiz;

barcha atomlar va molekulalar ajralib turadi, ya'ni har bir zarrachaning harakatini kuzatish mumkin;

gaz molekulalarining to'qnashuvidan oldin ular o'rtasida o'zaro ta'sir kuchlari mavjud emas va molekulalarning bir-biri bilan va idish devorlari bilan to'qnashuvi mutlaqo elastik deb hisoblanadi;

gazning har bir atomi yoki molekulasining harakati klassik mexanika qonunlari bilan tavsiflanadi.

Haqiqiy gazlarni o'rganishda ideal gaz uchun olingan qonunlardan foydalanish mumkin. Buning uchun ideal gazning eksperimental modellari yaratiladi, ularda haqiqiy gazning xossalari ideal gazning xususiyatlariga yaqin (masalan, past bosim va yuqori haroratlarda).

Ideal gaz qonunlari

Boyl-Mariot qonuni:

Doimiy haroratda berilgan gaz massasi uchun gaz bosimi va uning hajmining mahsuloti doimiy qiymatdir: rV = const , (1.1)

da T = const , m = const .

Miqdorlar orasidagi munosabatni tasvirlovchi egri chiziq R Va V, doimiy haroratda moddaning xossalarini xarakterlaydi va deyiladi izoterm bu giperbola (1.1-rasm), doimiy haroratda sodir bo'ladigan jarayon izotermik deyiladi.

Gey-Lyussak qonunlari:

Doimiy bosimda berilgan gaz massasining hajmi haroratga qarab chiziqli ravishda o'zgaradi

V=V 0 (1 +   t ) da P = konst , m = const . (1.2)

p = p 0 (1 +  t ) da V = konst , m = const . (1.3)

(1.2) va (1.3) tenglamalarda harorat Selsiy shkalasida, bosim va hajmda ifodalanadi. 0 S, esa
.

Doimiy bosim ostida sodir bo'ladigan jarayon deyiladi izobarik, chiziqli funksiya sifatida ifodalanishi mumkin (1.2-rasm).

Doimiy hajmda sodir bo'ladigan jarayon deyiladi izoxorik(1.3-rasm).

(1.2) va (1.3) tenglamalardan kelib chiqadiki, izobarlar va izoxoralar harorat o'qini nuqtada kesishadi. t =1/ =  273,15 S . Agar biz mos yozuvlar nuqtasini shu nuqtaga ko'chirsak, biz Kelvin shkalasiga o'tamiz.

(1.2) va (1.3) formulalarni kiritish termodinamik harorat, Gey-Lyussak qonunlariga qulayroq shakl berilishi mumkin:

V = V 0 (1+t) = = V 0 = =V 0 T;

p = p 0 (1+t) = p 0 = p 0 T;

da p = const, m = const ; (1.4)

da V = const, m = const , (1.5)

Bu erda 1 va 2 indekslar bir xil izobar yoki izoxorada joylashgan ixtiyoriy holatlarga ishora qiladi. .

Avogadro qonuni:

bir xil harorat va bosimdagi har qanday gazning mollari bir xil hajmlarni egallaydi.

Oddiy sharoitlarda bu hajm ga teng V,0 = 22,4110 -3 m 3 /mol . Ta'rifga ko'ra, har xil moddalarning bir molida bir xil miqdordagi molekulalar mavjud Avogadro doimiysi:N A = 6,02210 23 mol -1 .

Dalton qonuni:

turli ideal gazlar aralashmasining bosimi qisman bosimlarning yig'indisiga teng R 1 , R 2 , R 3 … R n , unga kiritilgan gazlar:

p = p 1 + p 2 + R 3 + …+ p n .

Qisman bosim – Bu gaz aralashmasi tarkibiga kirgan gazning o'zi bir xil haroratda aralashmaning hajmiga teng hajmni egallaganida hosil qiladigan bosim.

Ideal gaz holati tenglamasi

(Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi)

Harorat, hajm va bosim o'rtasida ma'lum bir bog'liqlik mavjud. Ushbu bog'liqlik funktsional bog'liqlik bilan ifodalanishi mumkin:

f(p, V, T)= 0.

O'z navbatida, o'zgaruvchilarning har biri ( p, V, T) boshqa ikkita o‘zgaruvchining funksiyasi. Moddaning har bir faza holatiga (qattiq, suyuq, gazsimon) funksional bog`liqlik turi eksperimental tarzda topiladi. Bu juda ko'p mehnat talab qiladigan jarayon bo'lib, holat tenglamasi faqat siyrak holatda bo'lgan gazlar uchun, ba'zi siqilgan gazlar uchun esa taxminiy shaklda o'rnatilgan. Gaz holatida bo'lmagan moddalar uchun bu muammo hali hal qilinmagan.

Fransuz fizigi B. Klapeyron xulosa chiqardi ideal gaz holati tenglamasi Boyl-Mariott, Gey-Lyusak, Charlz qonunlarini birlashtirib:

. (1.6)

(1.6) ifoda Klapeyron tenglamasi, bu yerda IN- gaz doimiyligi. Turli gazlar uchun u boshqacha.

DI. Mendeleyev Klapeyron tenglamasini Avogadro qonuni bilan birlashtirib, (1.6) tenglamani bir molga bog‘lab, molyar hajmdan foydalangan. V. Avogadro qonuniga ko'ra, tenglik uchun R Va T barcha gazlarning mollari bir xil molyar hajmni egallaydi V  . . Shuning uchun doimiy IN barcha ideal gazlar uchun bir xil bo'ladi. Bu konstanta odatda belgilanadi R va ga teng R= 8,31
.

Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi quyidagi shaklga ega:

p V  . = R T.

(1.7) tenglamadan bir mol gaz uchun biz borishimiz mumkin Gazning ixtiyoriy massasi uchun Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi:

, (1.7)

Qayerda  – molyar massa (bir mol moddaning massasi, kg/mol); m  gaz massasi; - moddaning miqdori .

Ko'pincha ular ideal gaz holati tenglamasining boshqa shaklidan foydalanadilar Boltsman doimiysi:
.

Keyin (1.7) tenglama quyidagicha ko'rinadi:

, (1.8)

Qayerda
– molekulalarning konsentratsiyasi (hajm birligidagi molekulalar soni). Bu ifodadan kelib chiqadiki, ideal gazning bosimi uning molekulalari konsentratsiyasiga yoki gazning zichligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bir xil harorat va bosimlarda barcha gazlar hajmi birlik uchun bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Oddiy sharoitlarda 1 m3 dagi molekulalar soni deyiladi Loshmidt raqami:

N L = 2,68 10 25 m -3 .

Molekulyar kinetikaning asosiy tenglamasi

ideal gaz nazariyasi

Eng muhim vazifa gazlarning kinetik nazariyasi - ideal gaz bosimini nazariy hisoblash molekulyar kinetik tushunchalarga asoslanadi. Ideal gazlarning molekulyar kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi yordamida olingan statistik usullar.

Gaz molekulalari xaotik harakat qiladi, gaz molekulalari orasidagi o'zaro to'qnashuvlar soni idish devorlariga ta'sir qilish soniga nisbatan ahamiyatsiz va bu to'qnashuvlar mutlaqo elastikdir. Idish devorida ma'lum elementar maydon  aniqlanadi S va gaz molekulalari bu sohaga ta'sir qiladigan bosimni hisoblang.

Shuni hisobga olish kerakki, haqiqatda molekulalar sayt tomon turli burchaklarda harakatlanishi va har xil tezlikka ega bo'lishi mumkin, bundan tashqari, har bir to'qnashuv bilan o'zgarishi mumkin. Nazariy hisob-kitoblarda molekulalarning xaotik harakatlari ideallashtiriladi va ularning o'rnini uchta o'zaro perpendikulyar yo'nalish bo'ylab harakatlanadi.

Agar kub shaklidagi idishni ko'rib chiqsak, unda N gaz molekulalari oltita yo'nalishda bo'lsa, har qanday vaqtda barcha molekulalar sonining 1/3 qismi ularning har biri bo'ylab harakatlanishini va ularning yarmi (ya'ni barcha molekulalar sonining 1/6 qismi) harakat qilishini payqash oson. ) bir yo'nalishda harakat qiladi, ikkinchi yarmi esa (shuningdek, 1/6) - teskari yo'nalishda. Har bir to'qnashuvda platformaga perpendikulyar harakatlanuvchi alohida molekula aks etar ekan, unga impulsni o'tkazadi, shu bilan birga uning impulsi (momentum) miqdorga o'zgaradi.

R 1 =m 0 v – (– m 0 v) = 2 m 0 v.

Platformada ma'lum bir yo'nalishda harakatlanadigan molekulalarning ta'sirlari soni quyidagilarga teng bo'ladi: N = 1/6 n Svt. Platforma bilan to'qnashganda, bu molekulalar unga impuls o'tkazadi

P= N P 1 =2 m 0 vnSvt= m 0 v 2 nSt,

Qayerda n- molekulalarning kontsentratsiyasi. Keyin gazning idish devoriga ta'sir qiladigan bosimi quyidagilarga teng bo'ladi:

p =
= n m 0 v 2 . (1.9)

Biroq, gaz molekulalari turli tezliklarda harakat qiladi: v 1 , v 2 , …,v n, shuning uchun tezliklarni o'rtacha hisoblash kerak. Gaz molekulalarining harakat tezligi kvadratlarining yig'indisi ularning soniga bo'linib, ildiz-o'rtacha-kvadrat tezligini aniqlaydi:

.

Tenglama (1.9) shaklni oladi:

(1.10)

(1.10) ifoda deyiladi molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tenglamasi ideal gazlar.

Shuni hisobga olib
, biz olamiz:

p V = N
=E, (1.11)

Qayerda E- barcha gaz molekulalarining translatsiya harakatining umumiy kinetik energiyasi. Binobarin, gaz bosimi gaz molekulalarining translatsiya harakatining kinetik energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Bir mol gaz uchun m = va Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi quyidagi ko'rinishga ega:

p V  . = R T,

va (1.11) dan kelib chiqadiki p V  . =   v kv 2, biz olamiz:

RT =  v kv 2 .

Demak, gaz molekulalarining o'rtacha kvadrat tezligi teng

 v kv  =
=
=,

Qayerda k = R/N A = 1,3810 -23 J/K – Boltsman doimiysi. Bu yerdan xona haroratida kislorod molekulalarining oʻrtacha kvadratik tezligini - 480 m/s, vodorod - 1900 m/s ni topishingiz mumkin.

Haroratning molekulyar-kinetik ma'nosi

Harorat - bu tananing "issiqligi" ning miqdoriy o'lchovidir. Mutlaq termodinamik haroratning fizik ma'nosini oydinlashtirish T Gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasining asosiy tenglamasini (1.14) Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi bilan solishtiramiz. p V = R T.

Bu tenglamalarning o‘ng tomonlarini tenglashtirib, bitta molekulaning kinetik energiyasining o‘rtacha qiymati  0 ni topamiz ( = N/N A , k=R/N A):

.

Ushbu tenglamadan molekulyar kinetik nazariyaning eng muhim xulosasi kelib chiqadi: ideal gazning bir molekulasining translatsiya harakatining o'rtacha kinetik energiyasi faqat haroratga bog'liq bo'lib, termodinamik haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Shunday qilib, termodinamik harorat shkalasi to'g'ridan-to'g'ri jismoniy ma'noga ega bo'ladi: at T= 0 ideal gaz molekulalarining kinetik energiyasi nolga teng. Binobarin, ushbu nazariyaga asoslanib, gaz molekulalarining translatsion harakati to'xtaydi va uning bosimi nolga teng bo'ladi.

Ideal gazning muvozanat xossalari nazariyasi

Molekulalarning erkinlik darajalari soni. Ideal gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasi juda muhim natijaga olib keladi: gaz molekulalari tasodifiy harakatga uchraydi va molekulaning translatsiya harakatining o'rtacha kinetik energiyasi faqat harorat bilan belgilanadi.

Molekulalar harakatining kinetik energiyasi kinetik tomonidan tugamaydi oldinga harakat energiyasi: u ham kinetikdan iborat energiya aylanish Va tebranishlar molekulalar. Molekulyar harakatning barcha turlariga sarflangan energiyani hisoblash uchun uni aniqlash kerak erkinlik darajalari soni.

ostida erkinlik darajalari soni (i) tanasi nazarda tutilgan tananing kosmosdagi holatini aniqlash uchun kiritilishi kerak bo'lgan mustaqil koordinatalar soni.

N Masalan, moddiy nuqta uch erkinlik darajasiga ega, chunki uning fazodagi holati uchta koordinata bilan belgilanadi: x, y Va z. Shunday qilib, bir atomli molekula uch darajali translatsiya harakati erkinligiga ega.

D vukhatomny molekulasi 5 erkinlik darajasiga ega (1.4-rasm): 3 darajali translatsiya harakati va 2 daraja aylanish harakati erkinligi.

Uch yoki undan ortiq atomli molekulalar 6 erkinlik darajasiga ega: 3 darajali translatsiya harakati va 3 daraja aylanish harakati erkinligi (1.5-rasm).

Har bir gaz molekulasi ma'lum miqdordagi erkinlik darajalariga ega bo'lib, ulardan uchtasi uning translatsiya harakati bilan mos keladi.

Energiyaning tenglik moddasi

erkinlik darajalari bo'yicha

Gazlarning molekulyar kinetik nazariyasining asosiy asosi molekulalar harakatining to'liq tartibsizligini taxmin qilishdir. Bu faqat translyatsion harakatlarga emas, balki tebranish va aylanish harakatlariga ham tegishli. Gazdagi molekulalar harakatining barcha yo'nalishlari bir xil ehtimolga ega deb hisoblanadi. Shuning uchun biz molekulaning har bir erkinlik darajasi uchun o'rtacha bir xil energiya mavjudligini taxmin qilishimiz mumkin - bu energiyani erkinlik darajalari o'rtasida teng taqsimlash printsipi. Molekulaning erkinlik darajasidagi energiya quyidagilarga teng:

. (1.12)

Agar molekula mavjud bo'lsa i erkinlik darajalari, keyin har bir erkinlik darajasi uchun o'rtacha:

. (1.13)

Ideal gazning ichki energiyasi

Agar gazning umumiy ichki energiyasini bir molga bog‘lasak, uning qiymatini  ni Avogadro soniga ko‘paytirish orqali olamiz:

. (1.14)

Bundan kelib chiqadi ichki energiya ideal gazning bir moli faqat haroratga va gaz molekulalarining erkinlik darajalari soniga bog'liq.

Maksvell va Boltsman taqsimoti

Ideal gaz molekulalarining issiqlik harakatining tezliklari va energiyalari bo'yicha taqsimlanishi (Maksvell taqsimoti). Doimiy gaz haroratida molekulyar harakatning barcha yo'nalishlari bir xil ehtimolli deb hisoblanadi. Bunday holda, har bir molekulaning o'rtacha kvadrat tezligi doimiy bo'lib qoladi va unga teng bo'ladi

.

Bu muvozanat holatidagi ideal gazda vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan molekulalarning ma'lum bir statsionar tezlik taqsimoti o'rnatilishi bilan izohlanadi. bu taqsimot nazariy jihatdan J. Maksvell tomonidan chiqarilgan ma'lum bir statistik qonunga bo'ysunadi. Maksvell qonuni funksiya bilan tavsiflanadi

,

ya'ni funksiya f(v) molekulalarning nisbiy sonini aniqlaydi
dan tezlik oralig'ida joylashgan v oldin v+dv. Ehtimollar nazariyasi usullaridan foydalanib, Maksvell topdi Ideal gaz molekulalarining tezlik bo'yicha taqsimlanish qonuni:

. (1.15)

Tarqatish funktsiyasi rasmda grafik ko'rsatilgan. 1.6. Tarqatish egri chizig'i va x o'qi bilan chegaralangan maydon birga teng. Bu funktsiyani anglatadi f(v) normallashtirish shartini qanoatlantiradi:

.

BILAN ideal gaz molekulalarining tezlikni taqsimlash funksiyasi tezligi f(v) maksimal, deyiladi katta ehtimol bilan tezlik v B .

Qiymatlar v = 0 Va v =  ifoda minimaliga mos keladi (1.15). Eng mumkin bo'lgan tezlikni (1.23) ifodani farqlash va uni nolga tenglash orqali topish mumkin:

=
= 1,41

Harorat oshgani sayin funksiyaning maksimali o‘ngga siljiydi (1.6-rasm), ya’ni harorat oshishi bilan eng ehtimoliy tezlik ham ortadi, ammo egri chiziq bilan chegaralangan maydon o‘zgarishsiz qoladi. Shuni ta'kidlash kerakki, gazlarda va past haroratlarda doimo yuqori tezlikda harakatlanadigan kichik miqdordagi molekulalar mavjud. Bunday "issiq" molekulalarning mavjudligi katta ahamiyatga ega ko'p jarayonlar davomida.

O'rtacha arifmetik tezlik molekulalar formula bilan aniqlanadi

.

RMS tezligi

= 1,73
.

Ushbu tezliklarning nisbati haroratga ham, gaz turiga ham bog'liq emas.

Issiqlik harakati energiyasi bo'yicha molekulalarni taqsimlash funktsiyasi. Bu funktsiyani tezlik o'rniga kinetik energiya qiymatini molekulyar taqsimot tenglamasiga (1.15) qo'yish orqali olish mumkin:

.

dan energiya qiymatlari ustidan ifodani birlashtirgan holda
oldin
, olamiz o'rtacha kinetik energiya ideal gaz molekulalari:

.

Barometrik formula. Boltsman taqsimoti. Gazlarning molekulyar kinetik nazariyasi va molekulalarning Maksvell tezligi taqsimotining asosiy tenglamasini olishda ideal gaz molekulalariga tashqi kuchlar ta'sir etmaydi, shuning uchun molekulalar butun hajm bo'ylab bir xilda taqsimlanadi deb taxmin qilingan. Biroq, har qanday gazning molekulalari Yerning tortishish maydonida. Bosim va balandlik qonunini chiqarishda tortishish maydoni bir xil, harorat doimiy va barcha molekulalarning massasi bir xil deb taxmin qilinadi:

. (1.16)

(1.16) ifoda deyiladi barometrik formula. Bu balandlikka qarab atmosfera bosimini topishga imkon beradi yoki bosimni o'lchash orqali siz balandlikni topishingiz mumkin. Chunki h 1 bosim normal deb hisoblangan dengiz sathidan balandlik bo'lsa, ifodani o'zgartirish mumkin:

.

Barometrik formulani ifoda yordamida aylantirish mumkin p = nkT:

,

G de n – balandlikdagi molekulalarning kontsentratsiyasi h, m 0 gh=P– tortishish maydonidagi molekulaning potentsial energiyasi. Doimiy haroratda molekulaning potentsial energiyasi kamroq bo'lgan joyda gaz zichligi katta bo'ladi. Grafik jihatdan, balandlik bilan hajm birligiga to'g'ri keladigan zarrachalar sonining kamayishi qonuni rasmda ko'rsatilgandek ko'rinadi. 1.7.

Ixtiyoriy tashqi potentsial maydon uchun quyidagi umumiy ifodani yozamiz

,