ФИЗИКА в конспективном изложении. Часть 3

Содержание   Далее

 

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
И ТЕРМОДИНАМИКИ

22. Молекулярная физика

 

22.1. Основные понятия

22.1.1. Молекулярная физика - это

раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел на основе рассмотрения их микроскопического, молекулярного строения.

22.1.2. Молекула - это

наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его основными химическими и физическими свойствами. Состоит молекула из атомов, связанных друг с другом за счет валентных электронов. 

Размеры молекул зависят от числа атомов в молекуле, которое составляет от двух (H₂, O₂, HCL) до сотен и тысяч (молекулы белков).

Размеры атомов порядка 10^-10 м. Несложные молекулы имеют размеры того же порядка. В атомной физике удобна внесистемная единица длины - ангстрем:

22.1.3. Моль - единица количества вещества в системе СИ

В одном моле вещества содержится такое число его структурных элементов (т.е. составляющих его атомов или молекул), которое равно числу атомов в 12 граммах изотопа углерода ¹²С.

22.1.4. Число Авогадро

Число частиц N_A, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Численное значение числа Авогадро

.

22.1.5. Относительная атомная масса, или атомная масса

Атомная масса химического элемента - это отношение массы атома этого элемента к 1/12 массы атома углерода ¹²С. Относительные атомные массы химических элементов приводятся в таблице Менделеева.

22.1.6. Относительная молекулярная масса, или молекулярная масса

Молекулярная масса вещества - это отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома углерода ¹²С. Зная химическую формулу вещества, можно найти молекулярную массу как сумму атомных масс элементов, составляющих данное вещество. Например, у воды химическая формула H₂O, атомная масса водорода равна 1, умножаем ее на 2 и прибавляем атомную массу кислорода, 16, получаем, что молекулярная масса воды равна 18. Это безразмерное число, т. к. речь идет об относительной молекулярной массе.

22.1.7. Молярная масса

Молярная масса - это масса одного моля вещества, выраженная в кг (система СИ). Обозначается молярная масса буквой M. Из определения моля следует, что молярная масса M, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе.

22.1.8. Статистический и термодинамический методы исследования

Окружающие нас тела состоят из невообразимо огромного числа частиц, молекул или атомов. Ориентиром здесь служит число Авогадро (21.1.3) N_A= 6,022 · 10²³ моль^-1, например, 18 граммов воды (1 моль) содержат N_A молекул. Поэтому, окружающие нас тела называют макроскопическими, от греческого слова makros - большой. В противоположность этому атомы и молекулы называют микроскопическими телами, от греческого слова mikros - малый.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет физические свойства макроскопических тел на основе представлений о том, что все тела состоят из микроскопических частиц - атомов и молекул. При этом молекулярно-кинетическая теория не интересуется движением каждой отдельной молекулы, а только такими средними величинами, которые характеризуют движение огромного числа молекул. Эти средние величины связаны с параметрами, характеризующими состояние макроскопического тела. Поэтому метод молекулярно-кинетической теории называют статистическим методом исследования.

Термодинамика, в противоположность молекулярно-кинетической теории, изучает макроскопические свойства тел, не интересуясь их микроскопической природой.

Статистическая термодинамика посвящена обоснованию законов термодинамики на основе законов взаимодействия частиц, составляющих физические системы.

22.1.9. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Их три.

1.     Все тела состоят из мельчайших частиц - атомов и молекул.

2.     Эти частицы хаотически движутся.

3.     Атомы и молекулы взаимодействуют друг с другом: на малых расстояниях отталкиваются, силы отталкивания резко уменьшаются с увеличением расстояния и обращаются на каком-то расстоянии r₀ в ноль; затем, при дальнейшем увеличении расстояния переходят в силы притяжения. Силы притяжения при увеличении расстояния сначала растут, затем, достигнув максимального значения, убывают до нуля. Все сказанное иллюстрируется приведенным графиком зависимости силы взаимодействия двух молекул от расстояния между ними:

 

Необыкновенную важность основных положений молекулярно-кинетической теории очень образно и ярко выразил выдающийся физик современности, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейман: "Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - атомная гипотеза (можете называть ее не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать  к другому. В одной этой фразе, как вы убедились, содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения (Р. Фейман. Р. Лейтон, М. Сэндс "Феймановские лекции по физике" Том 1, М. Мир, 1976,-С.23).

 

.

Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА), 2006.