Как качественно объяснить газовые законы на основе молекулярно кинетической теории кратко
Обновлено: 02.07.2024
Молекулярно-кинетическая теория – это учение о строении и свойствах вещества, основанное на представлении о существовании атомов и молекул, как наименьших частиц химических веществ.
Основные положения молекулярно кинетической теории строения вещества
Основные положения молекулярно-кинетической теории молекулы:
- Все вещества могут быть в жидком, твердом и газообразном состоянии. Они образуются из частиц, которые состоят из атомов. Элементарные молекулы могут иметь сложное строение, то есть иметь в своем составе несколько атомов. Молекулы и атомы – электрически нейтральные частицы, которые в определенных условиях приобретают дополнительный электрический заряд и переходят в положительные или отрицательные ионы.
- Атомы и молекулы движутся непрерывно.
- Частицы с электрической природой силы взаимодействуют друг с другом.
Основные положения мкт и их примеры были перечислены выше. Между частицами имеется малое гравитационное воздействие.
Рисунок 3 . 1 . 1 . Траектория Броуновской частицы.
Броуновское движение молекул и атомов подтверждает существование основных положений молекулярно кинетической теории и опытно обосновывает его. Данное тепловое движение частиц происходит с взвешенными в жидкости или газе молекулами.
Опытное обоснование основных положений молекулярно кинетической теории
В 1827 году Р. Броун открыл это движение, которое было обусловлено беспорядочными ударами и перемещениями молекул. Так как процесс происходил хаотично, то удары не могли уравновесить друг друга. Отсюда вывод, что скорость броуновской частицы не может быть постоянной, она постоянно меняется, а движение направления изображается в виде зигзага, показанное на рисунке 3 . 1 . 1 .
О броуновском движении говорил еще А. Эйнштейн в 1905 году. Его теория нашла подтверждение в опытах Ж. Перрена 1908 - 1911 гг.
Следствие из теории Эйнштейна: квадрат смещения r 2 > броуновской частицы относительно начального положения, усредненное по многим броуновским частицам, пропорционален времени наблюдения t .
Выражение r 2 > = D t объясняет диффузионный закон. По теории имеем, что D монотонно возрастает с увеличением температуры. Беспорядочное движение проглядывается при наличии диффузии.
Диффузия – это определение явления проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга.
Данный процесс происходит быстро в неоднородном газе. Благодаря примерам диффузии с разными плотностями можно получить однородную смесь. При нахождении в одном сосуде кислорода O 2 и водорода H 2 с перегородкой то при ее удалении газы начинают смешиваться, образую опасную смесь. Процесс возможен при нахождении вверху водорода, а внизу кислорода.
Процессы взаимопроникновения также протекают в жидкостях, но намного медленней. Если растворить твердое тело, сахар, в воде, то получим однородный раствор, который является наглядным примером диффузионных процессов в жидкостях. При реальных условиях смешивание в жидкостях и в газах замаскировано быстрыми процессами перемешивания, к примеру, при возникновении конвекционных потоков.
Диффузия твердых тел отличается своей замедленной скоростью. Если поверхность взаимодействия металлов очистить, то можно увидеть, что с течением большого периода времени в каждом из них появятся атомы другого металла.
Диффузия и броуновское движение считаются родственными явлениями.
При взаимопроникновении частиц обоих веществ движение беспорядочно, то есть, наблюдается хаотичное тепловое перемещение молекул.
Броуновское движение
Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы имеют в своем составе положительные и отрицательные заряды. При больших расстояниях преобладают силы межмолекулярного притяжения, при небольших – силы отталкивания.
Рисунок 3 . 1 . 2 показывает зависимость результирующей силы F и потенциальной энергии E р взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами. На расстоянии r = r 0 сила взаимодействия обращается в ноль. Данное расстояние условно принимается в качестве диаметра молекулы. При r = r 0 потенциальная энергия взаимодействия минимальная.
Чтобы отдалить две молекулы с расстоянием r 0 , следует сообщить E 0 , называемую энергией связи или глубиной потенциальной ямы.
Рисунок 3 . 1 . 2 . Сила взаимодействия F и потенциальная энергия взаимодействия E р двух молекул. F > 0 – сила отталкивания, F 0 – сила притяжения.
Так как молекулы имеют малые размеры, то простые одноатомные могут быть не более 10 – 10 м . Сложные могут достигать размеров в сотни раз больше.
Беспорядочное хаотичное движение молекул называют тепловым движением.
При возрастании температуры увеличивается кинетическая энергия теплового движения. При пониженных температурах средняя кинетическая энергия, в большинстве случаев, оказывается меньше значения глубины потенциальной ямы E 0 . Данный случай показывает, что молекулы перетекают в жидкое или твердое вещество со средним расстоянием между ними r 0 . Если температура повышается, то средняя кинетическая энергия молекулы превышает E 0 , тогда они разлетаются и образуют газообразное вещество.
В твердых телах молекулы двигаются беспорядочно около фиксированных центров, то есть, положений равновесий. В пространстве может быть распределены нерегулярным образом (у аморфных тел) или с образованием упорядоченных объемных структур (кристаллических тел).
Агрегатные состояния веществ
Свобода теплового движения молекул просматривается в жидкостях, так как у них нет привязки к центрам, что позволяет производить перемещения по всему объему. Этим объясняется ее текучесть.
Если молекулы располагаются близко, то могут образовывать упорядоченные структуры с несколькими молекулами. Данное явление получило название ближнего порядка. Дальний порядок характерен для кристаллических тел.
Расстояние в газах между молекулами намного больше, поэтому действующие силы малы, а их движения идут вдоль прямой, ожидая очередного соударения. Значение 10 – 8 м является средним расстоянием между молекулами воздуха в нормальных условиях. Так как взаимодействие сил слабое, газы расширяются и могут заполнять любой объем сосуда. Когда их взаимодействие стремится к нулю, то говорят о представлении идеального газа.
Кинетическая модель идеального газа
В мкт количество вещества считается пропорциональным числу частиц.
Моль – это количество вещества, содержащее столько частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0 , 012 к г углерода C 12 . Молекула углерода состоит из одного атома. Отсюда следует, что 1 моль вещества имеет одно и то же количество молекул. Данное число называется постоянной Авогадро N А : N А = 6 , 02 ċ 1023 м о л ь – 1 .
Формула определения количества вещества ν записывается отношением N числа частиц на постоянную Авогадро N A : ν = N N A .
Массой одного моля вещества называют молярную массу М . Она фиксируется в виде формулы M = N А ċ m 0 .
Выражение молярной массы производится в килограммах на моль ( к г / м о л ь ) .
Если вещество имеет в составе один атом, тогда имеет место говорить об атомной массе частицы. Единица атома – это 1 12 массы изотопа углерода C 12 , называется атомной единицей массы и записывается как (а. е. м.): 1 а . е . м . = 1 , 66 ċ 10 – 27 к г .
Данная величина совпадает с массой протона и нейтрона.
Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1 12 массы атома углерода называют относительной массой.
Как качественно объяснить газовые законы на основе молекулярно - кинетической теории.
Молекулярно - кинетическая теория строения вещества и газовые законыТела могут находиться в различных агрегатных состояниях : газообразном, жидком, твердом, в виде плазмы.
Основные положения молекулярно - кинетической теории строения вещества : 1.
Молекулярное строение веществ подтверждено существованием процессов диффузии, растворения, броуновского движения и т.
Молекулы находятся на определенных расстояниях друг от друга, что доказывается возможностью сжатия, причем размеры молекул газа малы по сравнению с расстоянием между ними.
При отсутствии внешних сил молекулы газа равномерно заполняют весь объем.
3. Молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении.
4. Молекулы связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия – притяжения и отталкивания.
Силы отталкивания на малых расстояниях превосходят силы притяжения, но убывают с увеличением расстояния между молекулами.
А с некоторого расстояния r0 (радиус молекулярного действия) ими можно пренебречь.
При отсутствии внешних воздействий молекулы находятся в устойчивом состоянии на расстоянии, равном 2r0.
Данные силы имеют электромагнитную природу.
5. В любом, даже самом малом объеме газа, число молекул велико.
6. Внутреннюю энергию молекулярной системы составляет сумма кинетической энергии движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и всех прочих энергий этой системы.
Газовые законы были сформулированы для равновесного состояния : – закон Гей - Люссака – изменение объема при температуре Т, постоянном давлении : V = V0 (1 + bDТ), т.
Е. описываемом изобарой, где b – коэффициент объемного расширения газа ; – закон Бойля - Мариотта, который выполняется при постоянной температуре Т, имеет для 1 моля идеального газа следующий вид : p1V1 = p2V2, т.
Е. описывается изотермой ; – закон Шарля – изменение давления и температуры Т при постоянном объеме p = p0 (1 + aDТ), где a – термический коэффициент давления, т.
Е. изохорный процесс.
Уравнение состояния, введенное Клайпероном, для заданной массы газа объединяет три газовых закона, связывая между собой параметры газа.
Газовые законы справедливы приблизительно и описывают поведение почти идеальных газов при невысоких давлениях и не слишком высоких температурах.
Свойства газов зависят от типа частиц, из которых они состоят, и силы взаимодействия между частицами в них меняются в широких пределах.
Тела могут находиться в разных агрегатных состояниях: газообразном, водянистом, жестком, в виде плазмы.
Главные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества:
1. Молекулярное строение веществ подтверждено существованием процессов диффузии, растворения, броуновского движения и т.д.
2. Молекулы находятся на определенных расстояниях друг от друга, что доказывается возможностью сжатия, при этом размеры молекул газа малы по сопоставленью с расстоянием меж ними. При неимении внешних сил молекулы газа умеренно наполняют весь объем.
3. Молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении.
4. Молекулы связаны между собой мощами межмолекулярного взаимодействия притяжения и отталкивания. Силы отталкивания на малых расстояниях превосходят силы притяжения, но убывают с повышением расстояния между молекулами. А с некого расстояния r0 (радиус молекулярного деянья) ими можно пренебречь. При неименьи наружных воздействий молекулы находятся в устойчивом состоянии на расстоянии, одинаковом 2r0.. Данные силы имеют электрическую природу.
5. В любом, даже самом малом объеме газа, число молекул велико.
6. Внутреннюю энергию молекулярной системы сочиняет сумма кинетической энергии движения молекул, возможной энергии их взаимодействия и всех прочих энергий этой системы.
Газовые законы были сформулированы для сбалансированного состояния:
закон Гей-Люссака изменение объема при температуре Т, неизменном давлении: V = V0 (1 + bDТ), т.е. обрисовываемом изобарой, где b коэффициент большого расширения газа;
закон Бойля-Мариотта, который производится при неизменной температуре Т, имеет для 1 моля образцового газа следующий вид: p1V1 = p2V2, т.е. описывается изотермой;
закон Шарля изменение давления и температуры Т при постоянном объеме p = p0 (1+ aDТ), где a термический коэффициент давления, т.е. изохорный процесс.
Уравнение состояния, введенное Клайпероном, для заданной массы газа соединяет три газовых закона, связывая меж собой характеристики газа.
Газовые законы правосудны примерно и описывают поведение практически образцовых газов при низких давлениях и не очень больших температурах.
Характеристики газов зависят от типа частиц, из которых они состоят, и силы взаимодействия меж частичками в их изменяются в широких границах. В целом характеристики идеальных газов близки к свойствам реального газа.
Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!
Изопроцессами называют термодинамические процессы, протекающие в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния системы.
1 ˚ Изотермический процесс.
Р.Бойль (англ.), Э. Мариотт (фр.), ХХVII в.
Произведение pV = const для данного количества газа при постоянной температуре.
Объяснение закона Бойля-Мариотта с точки зрения МКТ.
Давление - это обобщенная, усредненная действие молекул (атомов, частиц) на стены. При уменьшении объема в несколько раз во столько же раз увеличивается число молекул в единице объема (концентрация), а значит и число ударов молекул в стенки за единицу времени. Последнее ведет к росту давления.
2 ˚ Изохорный процесс.
Ж. Шарль (фр.), 1787 год.
Давление определенной массы газа при нагревании на 1 ˚ С при постоянном объеме увеличивается на 1/273 часть его давления при 0 ˚ С.
где α = (p - p0) / p0t = 1/273 (K-1) - температурный коэффициент давления.
Tt = T - 273, р = р0 (1 + αt) = р0 + р0 α (T - 273) = p0αT.
Поэтому р = p0αT или р / Т = const при неизменной массе идеального газа.
Объяснение закона Шарля на основе МКТ.
Согласно основным положениям МКТ при росте температуры идеального газа растет средняя скорость движения молекул (атомов, частиц), а потому возрастает частота соприкосновения со стенками сосуда. Это вызывает рост давления молекул на стенки.
3 ˚ Изобарный процесс.
Ж. Гей-Люссак (фр.), 1802 год.
Увеличение температуры газа на 1 ˚ С при постоянном давлении увеличивает его объем на 1/273 часть того объема, который занимает газ при 0 ˚ С.
где β = (V - V0) / V0t - температурный коэффициент объемного расширения газа.
Учитывая, что t = T - 273, закон Гей-Люссака можно представить в следующем виде:
V = V0βt, V / T = const, при неизменной массе идеального газа.
Объяснение закона Гей-Люссака на основе МКТ.
Согласно основным положениям МКТ при росте температуры идеального газа растет средняя скорость движения молекул (атомов, частиц), а потому растет среднее расстояние между молекулами, и вызывает рост объема, который занимает идеальный газ.
Объединенный газовый закон.
Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, установленные экспериментально, объединяются в одну формулу, которую называют объединенным газовым законом.
Для данной массы идеального газа (m = const) в ходе произвольного равновесного термодинамического процесса величина pV / T остается постоянной:
Если в ходе данного процесса масса газа меняется, то объединенный газовый закон приобретает следующий вид:
Уравнением состояния идеального газа называют соотношение, которое связывает между собой параметры идеального газа в равновесном состоянии: f (p, V, T, m) = 0.
Экспериментально установлено уравнение
называют уравнением состояния или уравнением Клапейрона-Менделеева.
В последнем уравнении R = 8,31 Дж / (моль • К) называют универсальной газовой постоянной, а число ν = m / μ указывает на количество молей вещества, для которых записано уравнение состояния и коре находятся в состоянии термодинамического равновесия.
Читайте также: