Объясните на основе молекулярно кинетической теории как происходит процесс кипения кратко

Обновлено: 06.07.2024

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.

Рассмотрение материала о кипении жидкости – изучение механизма кипения.

Далее в качестве примера рассматривается кипение жидкости на разных высотах, то есть в зависимости от атмосферного давления.

В заключении повторение в виде предложенной сказки.

Урок может быть проведен если, например все компьютеры имеют выход в Интернет, то необходимость дополнительного использования приложений отпадает, так как их можно просматривать в ЕК ЦОР сразу.

Цель урока: на основе молекулярно-кинетической теории сформировать понятие кипения, как парообразования, выявить и объяснить особенности кипения.

Задачи урока:

Образовательная: сформировать понятие кипения, как парообразования, выявить основные особенности кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению, постоянство температуры кипения.
Развивающая: научить видеть вокруг физические явления и уметь их правильно объяснять.
Воспитательная: усилить интерес к предмету, расширить кругозор, формировать мировоззрение.

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение пройденного материала

Учитель: Мы с вами изучили процесс парообразование, но это сложный процесс, так как он может существовать как в виде испарения и в виде кипения.

Прежде чем приступить к изучению новой темы мы должны вспомнить ,что изучали на прошлом уроке.

Проведем тестовую работу. Ваша задача выбрать необходимый ответ.

Учитель: вы ответили на все вопросы, а теперь поменялись листочками взяли карандаш и проверим другу друга.

К доске выходит один ученик, и проверяем вместе с классом.

У вас получились буквы, которые нужно собрать слово. Какое слово получилось? (КИПЕНИЕ)

III. Изучение нового материала

Учитель: Сегодня мы изучаем процесс кипение.

Целью нашего урока будет определить на основе молекулярно-кинетической теории процесс кипение, как парообразования, выявить и объяснить особенности кипения.

Но для изучения нового материала давайте вспомним, как происходит процесс испарение.

В видеофрагменте говорилось не только об испарении и кипении. Есть ли отличия между двумя этими процессами?

Кипение- процесс парообразования, идущий по всему объему вещества.

Давайте попробуем ответить на несколько вопросов. Попробуем более детально рассмотреть процесс.

Учитель: Что же изменяется? В чем состоит механизм кипения?

Учитель: что возникает в жидкости в процессе нагрева?

Почему появляются пузырьки?

При нагревании воды, растворенный в ней газ выделяется на дне и стенках сосуда, образуя воздушные пузырьки. Они начинают появляться задолго до кипения. В эти пузырьки испаряется вода. Пузырек, наполненный паром, при достаточно высокой температуре начинает раздуваться.

Учитель: что же происходит дальше с пузырьками?

Почему пузырьки увеличиваются и поднимаются вверх?

Достигнув определенных размеров он отрывается от дна, поднимается к поверхности воды и лопается. При этом пар покидает жидкость. Если вода прогрета недостаточно, то пузырек пара, поднимаясь в холодные слои, схлопывается. Возникающие при этом колебания воды приводят к появлению во всем объеме воды огромного количества мелких пузырьков воздуха: так называемый "белый ключ".

На воздушный пузырек объемом на дне сосуда действует подъемная сила:

Fпод = Fархимеда - Fтяжести

Пузырек прижат ко дну, поскольку на нижнюю поверхность силы давления не действуют. При нагреве пузырек увеличивается за счет выделения в него газа и отрывается от дна, когда подъемная сила будет немного больше прижимающей. Размер пузырька, способного оторваться от дна, зависит от его формы.

Учитель: что еще особенного возникает, когда жидкость начинает кипеть?

Почему слышен шум?

При схлопывании лопающихся пузырьков в жидкости распространяются ударные волны ультразвуковых частот, сопровождаемые слышимым шумом.

Для начальных стадий кипения характерны самые громкие и высокие звуки (на стадии "белого ключа" чайник "поет").

Кипение происходит не при любой температуре как испарение (это уже наблюдали в первом видеофрагменте), а при определенно достигнутой.

Температура, при которой жидкость кипит – называется температурой кипения.

Почему пузырьки лопаются на поверхности жидкости при температуре кипения?

Когда пузырек лопается, вся окружающая его жидкость устремляется внутрь, и возникает кольцевая волна. Смыкаясь, она выбрасывает вверх столбик воды. Испарение с поверхности жидкости усиливается по мере увеличения температуры. Иногда может наблюдаться туман (сам пар не виден).

Почему при кипении температура жидкости не изменяется?

Вся энергия расходуется на интенсивное парообразование

IV. Сравнение пройденного материала

Учитель: А теперь сравним процессы испарения и кипения.

В чем сходство процессов?

Где происходит парообразование?

При какой температуре происходит парообразование?

Что происходит с температурой жидкости при испарении и кипении?

Учитель: Ребята, найдите в учебнике таблицу. В ней указаны температуры кипения разных жидкостей. Найдите температуру кипения спирта, эфира. Сделайте вывод.

У разных жидкостей tº кипения разные.

Учитель: Обратите внимание на название таблицы. Прочитайте вслух.

Температуры кипения различных жидкостей при нормальном атмосферном давлении.

V. Повторение пройденного материала

Учитель: прослушайте сказку.

Жил-был царь. У него были три дочери: старшая, средняя и младшая. Младшая была самая красивая, самая любимая. Царь был стар и умен. Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж получит пол - царства. Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж, и часто из-за этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась. Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь предложил провести такое соревнование.

Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы, как по внешнему виду, так и по вместимости. Царь налил в каждый чайник равное количество воды из ведра.

Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел чайник у младшей дочери. Почему?

Ответ: Старшая и средняя дочери очень хотели, чтоб их чайники закипели быстрее, и часто поднимали крышки чайников, проверяя, не кипит ли в них вода. Младшая дочь замуж не хотела и в чайник не заглядывала!

VI. Домашнее задание: параграф 19, таблица №6.

При повышении температуры тела в системе накапливается много свободной энергии, что приводит к разрыву связей между молекулами. (молекулы уже не могут находится рядом друг с другой и связь между ними разрывается) . При кипении это можно пронаблюдать когда в жидкости появляются пузырьки - это и есть разряженное пространство между молекулами. Ну и в конце концов этих разорванных связей становится на столько много что при кипении воды часть молекул способны покинуть систему. В итоге над водой образуется пар. Аналогично и с плавление, тут разрываются каркас кристаллической решетки.

Обалдеть здесь отвечают. Знатоки. Молекулам моей мозге не моч больше находиться в таком разряженной пространстве, и каркас черепа разрываютса.
Сударыня! Срочно хотя бы в Яндекс. В строке поиска:
1. Фазовый переход.
2. Давление насыщенного пара.
3. Диаграмма состояния.
Отсюда Вы, возможно, узнаете, по какой причине происходит кипение. И что совсем необязательно нагревать жидкость, чтобы ее вскипятить.
Что касается русского языка - я бессилен. Все-таки вопрос был по физике.

Оснащение: ноутбук, экран, проектор

II.1 Насыщенный пар. В закрытом сосуде с жидкостью при неизменном объеме и постоянной температуре количество пара над ней не изменяется с течением времени. Это говорит о том, что число молекул, покинувших жидкость в единицу времени, в среднем равно числу молекул, возвратившихся обратно. Таким образом, в закрытом сосуде устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Если воздух из сосуда с жидкостью предварительно откачан, то над поверхностью жидкости будет находиться только насыщенный пар.

Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от средней скорости их теплового движения, которая определяется температурой пара. Отсюда следует, что для данного вещества концентрация молекул пара при равновесии жидкости и ее пара определяется их равновесной температурой. Установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации при повышении температуры происходит при более высоких концентрациях молекул пара. Так как давление газа (пара) определяется его концентрацией и температурой, то можно сделать вывод: давление насыщенного пара p 0 данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема . Поэтому изотермы реальных газов на плоскости ( p , V ) содержат горизонтальные участки, соответствующие двухфазной системе (рис. 3.4.1).

При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают, а плотность жидкости уменьшается из-за теплового расширения. При температуре, равной критической температуре T кр для данного вещества, плотности пара и жидкости становятся одинаковыми. При T > T кр исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром.

Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при T T кр , то его давление будет возрастать, пока не станет равным давлению насыщенного пара

Из газообразного состояния в жидкое можно перейти, минуя двухфазную область. Для этого нужно совершить процесс в обход критической точки K . Один из возможных процессов такого рода показан на рис. 3.4.1 ломаной линией ABC .

II.2 Кипение. Демонстрируется процесс кипения. Учащиеся наблюдают и записывают внешние признаки кипения:

Объяснение процесса кипения: с увеличением температуры воды давление пара в пузырьках возрастает и их объем увеличивается. Выталкивающая сила, действующая на пузырек, по закону Архимеда возрастает с ростом его объема. Когда она становится больше силы сцепления между пузырьками и твердой стенкой, пузырек отрывается от стенки.

Кипением называется интенсивное превращение жидкости в пар, происходящее с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости.

Почему кипение происходит при определенной температуре?

Кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного водяного пара становится равным внешнему атмосферному давлению.

Так, при атмосферном давлении вода кипит при 100°С, эфир – при 35°С, спирт – при 78°С, ртуть – при 357°С.

Выясним, зависит ли температура кипения от внешнего давления. Демонстрация кипения при низком давлении, после которого учащиеся должны сделать вывод, что с уменьшением внешнего давления температура кипения понижается, а увеличением – повышается.

что с уменьшением внешнего давления температура кипения понижается, а увеличением – повышается.

Например в паровом котле при давлении 15 атм температура кипения близка к 200°С. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, на высоте 7134м вода кипит примерно при 70°С.

Температура кипения жидкости зависит не только от внешнего давления, но и от примесей, которые находятся в ней. Так, вода, содержащая 40% поваренной соли, кипит при 108°С. Вода, содержащая растворенный газ, взвешенные частицы(например, чаинки), кипит при более низкой температуре, чем чистая вода. Тщательно очищенная от примесей и газов жидкость кипит при более высокой температуре.

Для поддержания процесса кипения необходимо постоянно к жидкости подводить энергию, которая затрачивается на совершение работы по преодолению сил притяжения молекул жидкости друг к другу. При переходе жидкости в пар среднее расстояние между молекулами увеличивается, возрастает их потенциальная, а следовательно, внутренняя энергия, а также совершается работа расширения пара.

III. Контрольный этап.

Что называется кипением?

Объясните физический процесс кипения на рисунке

Запишите и объясните условия кипения жидкости

От чего зависит температура кипения жидкости?

Почему во время кипения температура жидкости не изменяется?

IV. Экспериментальная задача.

В круглодонной колбе, зажатой в лапке штатива и налитой до половины водой, нагрейте воду до кипения;
Уберите нагреватель. Колбу плотно закройте пробкой, соединенной резиновой трубкой и шприцем;
Через 1-2 мин, шприцем выкачайте воздух и пары воды. Что происходит?
Что произойдет если прекратить выкачивание? Объясните явление

Домашнее задание: § 16 до конца, вопросы № 2-5 из упр. 4.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

ВОЗМОЖНОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА В СВЕТЕ ИННОВАЦИЙ И ДОБРЫХ ТРАДИЦИЙ

На современном этапе развития образовательного пространства одним из способов активизации учебной деятельности студентов является использование информационных технологий.

Насыщенный пар и его свойства

Раскрыть особенности процесса кипения как одной из форм парообразования. Ввести понятия критической температуры, критического состояния вещества.

Презентация "Кипение. Удельная теплота парообразования"

Презентация может быть использована при изучении нового материала по физике в 10классе (I курс колледжа). В соответствии с планируемыми образовательными результатами на данном.

УРОК ФИЗИКИ НА ТЕМУ: "КИПЕНИЕ"

Изложен план урока физики в 8 классе.

Разработка урока по теме "Насыщенный пар. Зависимость насыщенного пара от температуры."

Цель урока: сформировать у студентов научное представление о влажности воздухаЗадачи урока: Образовательные дать понятие насыщенного и ненасыщенного пара, влажности воздуха, точки росы;исследовать зав.

Читайте также: