Молекулярно-кинетической теорией именуют учение о строении и свойствах вещества на базе представления о существовании атомов и молекул как меньших частиц хим вещества. В базе молекулярно-кинетической теории лежат три главных положения:

1. Все вещества – водянистые, твердые и газообразные – образованы из мелких частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («простых молекул»). Молекулы хим вещества могут быть ординарными и сложными и состоять из 1-го либо нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частички. При определенных критериях молекулы и атомы могут получать дополнительный электронный заряд и преобразовываться в положительные либо отрицательные ионы.
2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
3. Частички ведут взаимодействие вместе силами, имеющими электронную природу. Гравитационное взаимодействие меж частичками пренебрежимо не достаточно.

1

Набросок 3.1.1. Линия движения броуновской частички.

Более броским экспериментальным доказательством представлений молекулярно-кинетической теории о хаотичном движении атомов и молекул является броуновское движение. Это термическое движение мелких микроскопичных частиц, взвешенных в воды либо газе. Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827 г.). Броуновские частички движутся под воздействием хаотичных ударов молекул. Из-за хаотического термического движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг дружку. В итоге скорость броуновской частички хаотично изменяется по модулю и направлению, а ее линия движения представляет собой сложную извилистую кривую (рис. 3.1.1).

Теория броуновского движения была сотворена А. Эйнштейном (1905 г.). Экспериментально теория Эйнштейна была доказана в опытах французского физика Ж. Перрена (1908–1911 гг.). Силы, действующие меж 2-мя молекулами, зависят от расстояния меж ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды. Если расстояние меж молекулами довольно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания. Зависимости результирующей силы F и возможной энергии Ep взаимодействия меж молекулами от расстояния меж их центрами отменно изображены на рис. 3.1.2. При неком расстоянии r = r0 сила взаимодействия обращается в нуль.

Это расстояние условно можно принять за поперечник молекулы. Возможная энергия взаимодействия при r = r0 мала. Чтоб удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r0, необходимо сказать им дополнительную энергию E0. Величина E0 именуется глубиной возможной ямы либо энергией связи.

2

Набросок 3.1.2. Сила взаимодействия F и возможная энергия взаимодействия Ep 2-ух молекул. F > 0 – сила отталкивания, F < 0 – сила притяжения.

Молекулы имеют очень малые размеры. Обыкновенные одноатомные молекулы имеют размер порядка 10–10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотки и тыщи раз больше. Хаотичное хаотическое движение молекул именуется термическим движением. Кинетическая энергия термического движения вырастает с возрастанием температуры. При низких температурах средняя кинетическая энергия молекулы возможно окажется меньше глубины возможной ямы E0. В данном случае молекулы конденсируются в жидкое либо жесткое вещество; при всем этом среднее расстояние меж молекулами будет примерно равно r0. При повышении температуры средняя кинетическая энергия молекулы становится больше E0, молекулы разлетаются, и появляется газообразное вещество. В жестких телах молекулы совершают хаотичные колебания около фиксированных центров (положений равновесия).

Эти центры могут быть размещены в пространстве нерегулярным образом (бесформенные тела) либо создавать упорядоченные большие структуры (кристаллические тела) (см. §3.6). В жидкостях молекулы имеют существенно огромную свободу для термического движения. Они не привязаны к определенным центрам и могут передвигаться по всему объему воды. Этим разъясняется текучесть жидкостей. Близко расположенные молекулы воды также могут создавать упорядоченные структуры, содержащие несколько молекул.

Это явление именуется ближним порядком в отличие от далекого порядка, соответствующего для кристаллических тел. В газах расстояния меж молекулами обычно существенно больше их размеров. Силы взаимодействия меж молекулами на таких огромных расстояниях малы, и любая молекула движется повдоль прямой полосы до еще одного столкновения с другой молекулой либо со стеной сосуда. Среднее расстояние меж молекулами воздуха при обычных критериях порядка 10–8 м, другими словами в 10-ки раз превосходит размер молекул. Слабенькое взаимодействие меж молекулами разъясняет способность газов расширяться и заполнять весь объем сосуда. В пределе, когда взаимодействие стремится к нулю, мы приходим к представлению об безупречном газе. В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества именуется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C. Молекула углерода состоит из 1-го атома. Таким макаром, в одном моле хоть какого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число именуется неизменной Авогадро NА:

NА = 6,02·1023 моль–1.

  Неизменная Авогадро – одна из важных неизменных в молекулярно-кинетической теории. Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к неизменной Авогадро NА:

  Массу 1-го моля вещества принято именовать молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро:

M = NA · m0.

  Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из 1-го атома, нередко употребляется термин атомная масса. За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода 12C (с массовым числом 12). Она именуется атомной единицей массы (а. е. м.):

1 а. е. м. = 1,66·10–27 кг.

  Данная величина практически совпадает с массой протона либо нейтрона. Отношение массы атома либо молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12C именуется относительной массой.