Среди учащихся химических классов наиболее простыми считаются задачи по молекулярной физике. Часто они сводятся к определению массовых или скоростных характеристик частиц, а также более сложных величин, требующих предварительных расчетов массы молекулы и ее скорости.
Что изучает молекулярная физика
Молекулярная физика относится к разделу науки, которая изучает вещества на уровне их микроскопического строения.
Согласно ей существует три агрегатных состояния вещества – газообразное, твердое, жидкое.
Объяснение процессов перехода веществ отражается в подразделе общей молекулярной физики, называемом молекулярно-кинетической теорией (МКТ). Она призвана осветить вопросы строения и свойств тел через информацию о движении и взаимодействии составных частиц материи.
Основы молекулярной физики
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет появление и развитие явлений теплового характера внутри сложных тел, а также их свойства в рамках строения молекулы.
К основным положениям МКТ относят следующие:
-
между всеми частицами тел существуют промежутки;
-
для всех составных частичек тел характерно непрерывное хаотическое движение молекул;
-
каждая частица взаимодействует с соседней.
После проведенных исследований ученые установили, что наименьшей неделимой частицей вещества является атом размером 0,1 нм, заряд которого равен нулю.
Если рассматривать данную частичку с точки зрения химической физики, то в ее строении выделяют атомное ядро и вращающиеся вокруг ядра по определенным орбитам электроны. Ядро объединяет нейтроны и протоны. Соединяясь между собой, атомы образуют молекулу.
Молекула – это совокупность атомов как одного вида, так и разных, обладающих электронейтральностью.
Размер молекулы — 0,1 нм – 100 нм.
Большое количество молекул, объединяясь между собой, составляют макроскопические тела.
Они характеризуют состояние тел, не учитывая их молекулярное строение.
Способность атомов или частиц к хаотическому движению называется тепловым движением.
Несмотря на всю беспорядочность процесса, все молекулы можно распределить по скоростям по заданным закономерностям – графику распрeделения Максвeлла.
Согласно ему, в условиях постоянной тeмпературы в системе находятся частицы, двигающиеся с различными скоростями – одни быстрее, другие медленнее. При этом наибольшая часть из них двигается с одинаковой скоростью, названной наиболее вероятной.
Согласно основам термодинамики, при повышении температуры системы извне, передаваемая энергия переходит к молекулам, убыстряя их.
Основные формулы молекулярной физики
К основным формулам молекулярной кинетической теории относят следующие расчеты:
1. Расчет относительной молекулярной массы вещества (Mr):
Массу водородной частицы можно определить, удвоив массовое значение атома водорода, поскольку в состав молекулы входит два атома. Соответственно, ее значение будет равно 6,68 *10-27 кг;
2.Проведение расчетов по определению количества вещества, численно равное частному чисел молекул (N) в отдельно взятом объекте к числу всех атомов (Na) в 12*10-3 кг углерода (С):
Na – постоянная Авагадро, численно равная 6.02*1023 моль-1.
3. Проведение расчетов по определению молярной массы вещества:
Единица измерения – кг/моль.
Основным уравнением молекулярно-кинeтической теории идeального газа является следующее:
Оно показывает взаимосвязь между давлением p (макроскопической измеряемой величиной), скоростью молекул и их концентрацией (микроскопические величины).
