ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18909
Скачиваний: 11
ву речовини, особливу роль відіграли праці великого російського вченого
М. В. Ломоносова. Він розглянув питання обертального руху молекул і
пояснив теплові, явища в цьому виді руху. Ломоносов заперечував учення
про теплець, що панувало тоді, - деяку невагому рідину, яка нібито
чала теплові властивості тіл, а твердив, що "теплота полягає у і
му русі матерії".
Основні уявлення, висловлені М. В. Ломоносовим, були потім розви-
нуті Л. Больцманом, Р. Клаузіусом, Дж. Максвеллом, Ж. Гей-Люссаком,
А. Авогадро та ін. Численні дослідження, виконані цими Е
сформулювати основні положення молекулярно-кінетичної
теорії. В основі теорії лежать три важливі положення, підтверджені екс-
периментально і теоретично.
1. Усі тіла складаються з
Ці положення підтверджуються
особливостями будови і
цих сил
дифузії, броунівського руху,
газів, рідин, твердих тіл та інши-
'Тепловий рух
Дослідні дані, які лежать в основі молекулярно-кінетичної
теорії, є наочним доказом молекулярного руху і залежності цього руху від
температури. На відміну від механічного руху нагрівання чи охолодження
охолодження вода перетворюється в лід, а нагрівання металу до високих
температур перетворює його не тільки в рідину, а й у газ.
Перебіг теплових процесів безпосередньо пов'язаний із структурою
Щоб пояснити ці процеси і навчитись керувати ними, треба встанови-
ти закони, яким підпорядковані зміни, що відбуваються з тілами під дією
теплоти. Ці закони описують теплову форму руху матерії.
150
§ 36. Розміри і маса молекул та атомів
Розміри молекул
Усі тіла складаються з безлічі молекул і атомів, Оскільки
ро зміри атомів і молекул дуже малі, то побачити їх неозброєним оком не
можна. Навіть кращі оптичні мікроскопи не дають можливості побачити
окрему молекулу. Тільки за допомогою електронного мікроскопа, який
дає збільшення в ЗО 000 разів і більше, було сфотографовано окремі вели-
кі молекули. Методом рештеноструктурного аналізу з достатньою точ-
ністю можна визначити розміри молекул. Дані рештеноструктурного
аналізу показують, що найбільший лінійний розмір двохатомної молеку-
ли кисню порядку 4-Ю"
10
м, такий самий розмір мають молекули азоту.
Об'єм молекули кисню дорівнює приблизно 10"
29
м
3
.
Про те, що розміри молекул дуже малі, можна зробити висновок і без
вимірювань. Виконаємо такий простий дослід. В 1 л |10™
3
м.
3
| чистої во-
ди розведемо 1 мм
3
м
3
) зеленого чорнила, тобто розбавимо чорни-
ло в 3 млрд разів. Побачимо, що розчин мас зелене забарвлення і водно-
час однорідний. Це свідчить про те, що навіть при розбавленні в 1 млн
разів у воді є велика кількість молекул барвника (чорнила). Цей дослід
показує, які малі розміри мають молекули.
Великі успіхи, досягнуті останнім часом у вивченні будови речовини,
розкрили перед нами новий світ - світ найдрібніших частинок. Цей світ
назвали
мікросвітом
на відміну від світу великих тіл -
макросвіту
. Вста-
новлено, що мікросвіт дуже складний. Молекули будь-якого тіла склада-
ються із ще дрібніших частинок - атомів, які, в свою чергу, складаються з
електронів і ядер. Ядра атомів включають у себе протони і нейтрони -
частинки, які також мають складну будову,.
Атомом називають найменшу частинку певного хімічного елемента.
Кожному хімічному елементу відповідають цілком певні атоми, які збері-
гають хімічні властивості цього елемента.
Молекулою називають найменшу стійку частинку певної речовини,
яка має її основні хімічні властивості.
Маса молекул
Маси окремих молекул і атомів дуже малі, наприклад, абсо-
лютне значення маси молекули води порядку 3-Ю""
26
кг» Маси окремих, мо-
лекул експериментально визначають за допомогою спеціального приладу -
мас-спектрометра.
151
У молекулярній фізиці маси атомів і молекул характеризують не їх аб-
солютними значеннями (в кілограмах), а відносними безрозмірними ве-
личинами, які називають
відносною атомною масою А
0
і відносною моле-
кулярною масою М
0
.
За міжнародною угодою за одиничну атомну масу
т
0
береться 1/12
маси ізотопу вуглецю
п
С (т
ос
):
т
0
~1/12т
0С
= 1,66-10~
27
кг.
Відносну молекулярну масу, або відносну масу молекули ( М
0
) , мож-
на визначити, якщо абсолютне значення маси молекули
(т
мол
,
кг) поді-
лити на одиничну атомну масу ( і, 66 -10""
2/
кг):
і
( 4 Л )
т
0
Аналогічною формулою визначається і відносна атомна маса А, треба
лише під
т
мол
у формулі (4.1) розуміти абсолютне значення маси атома:
КІЛЬКІСТЬ
речовини
Макроскопічні тіла складаються з безлічі молекул. Оскільки
маси окремих молекул відрізняються одна від одної, то однакова кіль-
кість молекул різних речовин має різну масу, наприклад, 10
28
молекул
водню мають масу 33,45 кг, а 10
28
молекул кисню - 531,45 кг. Тому при-
йнято порівнювати кількість молекул або атомів у певній речовині з кіль-
кістю атомів, які містяться в 0,012 кг вуглецю. Відносна кількість атомів
або молекул в макроскопічному тілі характеризується фізичною величи-
ною, яку називають кількістю речовини V .
Кількість речовини - це відношення кількості N молекул (атомів) у пе-
вному макроскопічному тілі до кількості М
А
атомів у 0,012 кг вуглецю:
V = N / К
А
. (4.2)
Моль — кількість речовини, яка містить стільки молекул (атомів),
скільки міститься молекул (атомів) у 0,012 кг вуглецю.
152
Моль будь-якої речовини містить, за означенням, однакову кількість
молекул (атомів). Це число називають
сталою Авогадро:
0,012 кг -і Ю~
3
кг -і ,
м 1Л
23 -і
N
А
= моль =- — моль =6,02-10 моль .
12ш
0
1,66-10~
2 7
Поняття моля стосується кількості молекул (атомів) речовини. Напри-
клад, неправильно говорити, що в балоні міститься два молі вуглекислого
і азу С0
2
. Треба говорити: в балоні міститься два молі молекул вуглекис-
лого газу. Це означає, що в балоні є 2-6,02-10"
23
молекул С0
2
, тобто два
молі атомів вуглецю і чотири молі атомів кисню.
Молекулярна маса
У молекулярній фізиці користуються таким поняттям
моле-
кулярної маси М, яку означають як масу одного моля речовини:
М = т
мол
М
А
. (4.3)
Молекулярну масу виражають у
кілограмах на моль
(кг/моль). Маса
будь-якої кількості речовини дорівнює
т = М V.
В 1 молі будь-якої речовини міститься М
А
=6,02 -10
23
молекул. Відомо,
що моль за нормальних умов має об'єм У
0
=22,4 -10~
3
м
3
. Отже, в 1 м
3
будь-
якого газу за нормальних умов міститься однакова кількість молекул:
А ^ 6,02-1(Г
23
моль _2,7-10
25
М
3
.
У
0
22,4-10™
3
моль-м
3
Це число називають
сталою Лошмідта.
§ 37, Броунівський рух. Дифузія
Броунівсьшй рух
У 1827 р. англійський ботанік Р. Броун, вивчаючи внутрішню
будову рослин за допомогою мікроскопа, встановив, що частинки твердої
речовини в рідкому середовищі здійснюють безперервний хаотичний рух.
153
Аналогічний рух можна спостерігати через мікро-
скоп, якщо розглядати дим, крапельки жиру у
воді або частинки твердого тіла, що зависли в
рідині чи газі.
Тепловий рух завислих у рідині
(або газі) частинок назвали броунівським рухом.
Було встановлено, що швидкість броунівських
частинок залежить від їх розмірів і температури.
Чим вища температура і менші розміри, тим швид-
ше рухаються частинки. Причиною броунівського
руху е безперервний хаотичний рух молекул рідини або газу, які, безладно
вдаряючись з усіх боків об завислі в рідині (газі) частинки, надають їм руху.
Якщо розміри такої частинки великі, то вона зазнає з усіх боків безліч
ударів; результуючий імпульс, здобутий нею від співударів, дорівнюва-
тиме нулю або буде близький до нуля; частинка залишається практично
нерухомою.
Якщо частинка має мікроскопічні розміри, то сума імпульсів, здобу-
тих нею від молекул з різних боків, може не дорівнювати нулю як вна-
слідок різної кількості ударів, так: і внаслідок того, що частинку з одно-
го боку могли вдарити кілька молекул, які мають у даний момент часу
більші швидкості, ніж молекули, що вдарили її з іншого боку. Така час»
тинка починає рухатись. Через деякий час під дією нових співударів
напрям її руху може змінитись. Якщо спостерігати за дією частинкою,
то ми побачимо, що вона рухається ламаною траєкторією (рис, 4.1). Мо-
лекулярно-кінетичну теорію броунівського руху створив А. Ейнштейн, а
експериментально вона була підтверджена в працях французького фізи -
ка Ж., Перрена.
Дифузія
Безперервний рух молекул будь-якої речовини (твердої, рідкої,
газоподібної) підтверджується численними дослідами з дифузії.
Дифузією
називають явище спонтанного проникнення однієї речовини в іншу
. Якщо
пахучу речовину (ефір, гас, нафталін, духи тощо) внести до приміщення,
то через деякий час запах цієї речовини пошириться по всьому примі-
щенню. Це свідчить про те, що молекули однієї речовини без впливу зов-
нішніх сил проникають в іншу, На досліді було встановлено, що швид-
кість перебігу процесу дифузії залежить від роду дифундуючих речовин 1
температури. Дифузія в рідинах відбувається повільніше, ніж у газах, але
швидше, ніж у твердих тілах, тому що, чим густіша речовина, тим ближче
одна до одної розміщені в ній молекули.
Рис. 4Л
154