Розвиток уявлень про будову речовини

Основні положення МКТ. Тепловий рух.

Основою молекулярної фізики є молекулярно-кінетична теорія.

Перші уявлення про молекулярну будову речовини зародилися в глибоку давнину. Уже більше двох тисяч років тому давньогрецькі філософи передбачали що все в світі складається з дуже маленьких неподільних частинок – атомів. Грецький вчений Демокріт (460-370 рр. до н.е.) писав: «Все складається з атомів…. речі розрізняються атомами, з яких складаються, їх порядком і положенням». Хоча слід зауважити, що уявлення стародавніх атомістів про дискретну будову речовини були лише здогадкою.

В середні віки послідовники атомістичного вчення переслідувалися інквізицією і владою, бо було глибоко матеріалістичним. У Франції в 1026 році вищій суд заборонив спеціальним декретом розповсюдження атомістичного учення під страхом смертної втрати. Лише в XVII столітті І. Ньютон зробив спробу пояснити розширення газів на основі передбачення, що молекули намагаються заповнити простір.

В XVIIІ столітті прихильником і пропагандистом молекулярно-кінетичної теорії був М. Ломоносов. Основні положення цієї теорії, сформульовані Ломоносовим, не зазнали суттєвих змін і до нашого часу.

Мета молекулярно-кінетичної теорії - пояснення властивостей макроскопічних тіл і теплових процесів, які протікають в них, на основі уявлень про те, що всі тіла складаються з окремих частинок, які хаотично рухаються.

Основні положення МКТ речовини:

1. Будь-які речовини мають дискретну (переривчасту) будову. Вони складаються з найдрібніших частинок молекул і атомів.

Підтвердженням дискретності є прокатка, кування металу, отримання 1974 року фотографії окремих молекул і атомів, розчинність речовин тощо.

Молекули - найменші частинки, які мають хімічні властивості речовини. Молекули складаються з більш простих частинок - атомів хімічних елементів. У природі є 92 хімічні елементи. Разом із штучними наразі налічується 108 елементів.

Речовину, яка побудована з атомів лише одного виду, називають елементом (водень, кисень, азот тощо). Кожен елемент має свій номер Z в таблиці Менделєєва. Число Z визначає кількість протонів у ядрах атомів і електронів, що рухаються в атомі навколо ядра.

2. Молекули знаходяться в стані неперервного хаотичного (невпорядкованого) руху, що називається тепловим і у загальному випадку є сукупністю поступального, обертального і коливального рухів.

Під час нагрівання речовини швидкість теплового руху і кінетична енергія його частинок збільшуються, а під час охолодження зменшуються. Ступінь нагрітості тіла характеризує його температура, яка є мірою середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху молекул цього тіла.

3. Молекули взаємодіють одна з одною із силами електромагнітної природи, причому на великих відстанях вони притягуються, а на малих - відштовхуються. Сили притягання і відштовхування між молекулами діють постійно.

Молекули різних речовин по-різному взаємодіють одна з одною. Ця взаємодія залежить від типу молекул і відстані між ними. Залежно від характеру руху і взаємодії молекул розрізняють три стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний (плазма).

2. Доведення існування молекул.

Молекулярно-кінетичну теорію речовини підтверджено такими дослідами і спостереженнями:

- дослід із змішуванням рідин;

- дослід із розчиненням твердих речовин в рідинах;

- спостереження над стисливістю речовин;

- деформації твердих тіл;

- броунівський рух;

- спостереження дифузії;

- зображення окремих молекул, отримані за допомогою іонного проектора, електронного мікроскопа;

- рентгеноструктурний аналіз речовин;

- спостереження осмосу.

Англійський ботанік Роберт Броун 1827 року відкрив хаотичний рух спори плауна у воді. Рух завислих частинок відбувався внаслідок руху молекул. Такого ж руху зазнають частинки фарби у воді, пилинки в промені світла тощо. Молекули передають частинкам імпульс, а отже, чинять на частинки тиск.

Перегляд відео сюжету «Броунівський рух».

1905 року Ейнштейн розробив кількісну теорію броунівського руху.

Дифузія - явище спонтанного проникнення молекул контактуючих речовин в міжмолекулярні проміжки кожної з них.

Дифузію, що відбувається через напівпроникні перегородки, називають осмосом.

Приклад дифузії в газах - виникнення запаху, у рідинах - переміщування рідин різної густини. Молекули золота і свинцю внаслідок дифузії протягом 5 років утворюють шар завтовшки 1 см.

З підвищенням температури швидкість дифузії зростає. У природі дифузія сприяє живленню рослин з ґрунту. Без дифузії життя було б неможливим, адже насичення крові киснем і відведення шкідливих речовин - теж дифузія.

Довести існування значних сил притягання між атомами або молекулами можна, зокрема, за допомогою досліду з товстою палицею, яку важко зламати. Але одні лише сили притягання не можуть забезпечити існування стійких атомів й молекул.

Перегляд відео сюжету «Дифузія».

Завдяки силам відштовхування молекули не проникають одна в одну.

Хоч молекули електронейтральні, між ними на малих відстанях діють значні електричні сили, бо молекула - складна система, що складається з електронів і ядер атомів. Відбувається взаємодія між електронами і ядрами сусідніх молекул.

3. Оцінка розмірів і кількості молекул в тілах.

Як визначити діаметр молекули?

Об’єм 1 мм олії розпливається на поверхні води і займає площу 0,6 м .

; ;

Діаметр молекули води приблизно

Знайти кількість молекул у краплі води масою 1 г і об’ємом 1 см .

Об’єм однієї молекули води приблизно .

.

Розміри атома: D = 10 см = 10 м.

4. Визначення маси молекули. Число Авогадро. Розв’язування задач.

З курсу хімії 8 класу вам відомо, що за одиницю вимірювання маси атомів і молекул прийнята атомна одиниця маси (а.о.м.). атомну одиницю обрали так, щоб маса найбільш поширеного ізотопу вуглецю була точно в 12 раз більша за цю одиницю. Іншими словами, атомна одиниця маси дорівнює 1/12 маси найбільш поширеного ізотопу вуглецю.

Масу атома, виражену в атомних одиницях маси, називають відносною атомною масою .

Відносною атомною масою речовини називають відношення маси атома даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю :

, яке показує, у скільки разів маса атома даного елемента більша за 1/12 маси атома вуглецю .

Відносні атомні маси елементів вказані у періодичній таблиці Менделєєва.

Експериментально встановлено, що атомна одиниця маси дорівнює 1,66∙10 кг.

Наприклад: СО

Відносне число атомів чи молекул в тілі називають кількістю речовини.

Кількістю речовини називають відношення числа молекул в даному тілі до числа атомів в 0,012 кг вуглецю: . Вимірюють кількість речовини в молях.

Моль – кількість речовини, яка містить стільки ж молекул, скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю.

Наприклад, 1 моль водню міститься в 2 г водню, 1 моль кисню - в 32 г кисню.

Масу 1 моль речовини називають молярною масою і позначають М. Одиницею молярної маси служить 1 кг/моль.

- число Авогадро.

Кількість речовини: , або . Молярна маса: .

Маса речовини: . Кількість молекул: , або .

Розв’язування задач.

№1. Чому дорівнює молярна маса цукру, формула якого ?

Тоді молярна маса цукру дорівнює: .

№2. Визначити масу молекули кисню, метану.

.

№3. Яка кількість речовини міститься в алюмінієвому виливку масою 5,4 кг?

№4. Яка маса 50 молів вуглекислого газу?

№5. Який об’єм займають 100 молів вуглекислого газу?

; ; ; .