1. Justificación experimental de las disposiciones básicas de la teoría cinética molecular de la estructura de la materia. La masa y el tamaño de las moléculas.

La teoría cinética molecular es una rama de la física que estudia las propiedades de varios estados de la materia, basándose en el concepto de la existencia de moléculas y átomos como las partículas más pequeñas de materia. Las TIC se basan en tres principios fundamentales:

1. Todas las sustancias están formadas por partículas diminutas: moléculas, átomos o iones.

2. Estas partículas están en continuo movimiento caótico, cuya velocidad determina la temperatura de la sustancia.

3. Existen fuerzas de atracción y repulsión entre las partículas, cuya naturaleza depende de la distancia entre ellas.

Las principales disposiciones de las TIC están confirmadas por muchos hechos experimentales. La existencia de moléculas, átomos e iones ha sido probada experimentalmente, las moléculas han sido suficientemente estudiadas e incluso fotografiadas con microscopios electrónicos. La capacidad de los gases para expandirse indefinidamente y ocupar todo el volumen que se les proporciona se explica por el continuo movimiento caótico de las moléculas. La elasticidad de gases, sólidos y líquidos, la capacidad de los líquidos para humedecer algunos sólidos, los procesos de coloración, encolado, retención de forma por sólidos y mucho más indican la existencia de fuerzas de atracción y repulsión entre moléculas. El fenómeno de la difusión, la capacidad de las moléculas de una sustancia para penetrar en los espacios entre las moléculas de otra, también confirma las principales disposiciones del MCT. El fenómeno de difusión explica, por ejemplo, la propagación de olores, la mezcla de líquidos disímiles, el proceso de disolución de sólidos en líquidos, la soldadura de metales fundiéndolos o por presión. Una confirmación del movimiento caótico continuo de las moléculas es también el movimiento browniano, el movimiento caótico continuo de partículas microscópicas insolubles en un líquido.

El movimiento de las partículas brownianas se explica por el movimiento caótico de las partículas líquidas, que chocan con partículas microscópicas y las ponen en movimiento. Se demostró experimentalmente que la velocidad de las partículas brownianas depende de la temperatura del líquido. La teoría del movimiento browniano fue desarrollada por A. Einstein. Las leyes del movimiento de las partículas son de naturaleza estadística y probabilística. Solo hay una forma conocida de reducir la intensidad del movimiento browniano: disminuir la temperatura. La existencia del movimiento browniano confirma de manera convincente el movimiento de las moléculas.

Cualquier sustancia consta de partículas, por lo tanto, la cantidad de sustancia v se considera proporcional al número de partículas, es decir, elementos estructurales contenidos en el cuerpo.

La unidad de la cantidad de una sustancia es el mol. Un mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantos elementos estructurales de cualquier sustancia como átomos hay en 12 g de carbono C12. La relación entre el número de moléculas de una sustancia y la cantidad de una sustancia se llama constante de Avogadro:

La constante de Avogadro muestra cuántos átomos y moléculas hay en un mol de una sustancia. La masa molar es la masa de un mol de una sustancia, igual a la relación entre la masa de una sustancia y la cantidad de una sustancia:

La masa molar se expresa en kg / mol. Conociendo la masa molar, puede calcular la masa de una molécula:

La masa promedio de moléculas generalmente se determina mediante métodos químicos; la constante de Avogadro se determina con alta precisión mediante varios métodos físicos. Las masas de moléculas y átomos se determinan con un alto grado de precisión utilizando un espectrógrafo de masas.

Las masas de las moléculas son muy pequeñas. Por ejemplo, la masa de una molécula de agua:

La masa molar está relacionada con la masa molecular relativa de Mg. El peso molecular relativo es un valor igual a la relación entre la masa de una molécula de una sustancia dada y 1/12 de la masa de un átomo de carbono C12. Si se conoce la fórmula química de una sustancia, entonces, utilizando la tabla periódica, se puede determinar su masa relativa, que, cuando se expresa en kilogramos, muestra el valor de la masa molar de esta sustancia.

Definición 1

Teoría cinética molecular- Esta es la doctrina de la estructura y propiedades de la materia, basada en la idea de la existencia de átomos y moléculas, como las partículas más pequeñas de sustancias químicas.

Las principales disposiciones de la teoría cinética molecular de la molécula:

1. Todas las sustancias pueden estar en estado líquido, sólido y gaseoso. Están formados por partículas que están formadas por átomos. Las moléculas elementales pueden tener una estructura compleja, es decir, tener varios átomos en su composición. Las moléculas y los átomos son partículas eléctricamente neutras que, bajo ciertas condiciones, adquieren una carga eléctrica adicional y se transforman en iones positivos o negativos.
2. Los átomos y las moléculas se mueven continuamente.
3. Las partículas con naturaleza eléctrica de fuerza interactúan entre sí.

Las principales disposiciones de las TIC y sus ejemplos se enumeraron anteriormente. Existe poca influencia gravitacional entre las partículas.

Figura 3. 1. 1. Trayectoria de la partícula browniana.

Definición 2

El movimiento browniano de moléculas y átomos confirma la existencia de las disposiciones básicas de la teoría cinética molecular y la sustenta experimentalmente. Este movimiento térmico de partículas ocurre con moléculas suspendidas en un líquido o gas.

Justificación experimental de las principales disposiciones de la teoría cinética molecular.

En 1827, R. Brown descubrió este movimiento, que se debió a los impactos y movimientos aleatorios de las moléculas. Dado que el proceso fue caótico, los golpes no pudieron equilibrarse entre sí. De ahí la conclusión de que la velocidad de una partícula browniana no puede ser constante, cambia constantemente y el movimiento de la dirección se representa en forma de zigzag, como se muestra en la Figura 3. 1. 1.

A. Einstein habló sobre el movimiento browniano en 1905. Su teoría fue confirmada en los experimentos de J. Perrin en 1908-1911.

Definición 3

Corolario de la teoría de Einstein: desplazamiento cuadrado< r 2 >de una partícula browniana en relación con la posición inicial, promediada sobre muchas partículas brownianas, es proporcional al tiempo de observación t.

Expresión< r 2 >= D t explica la ley de difusión. Según la teoría, tenemos que D aumenta monótonamente al aumentar la temperatura. El movimiento errático es visible en presencia de difusión.

Definición 4

Difusión Es la definición del fenómeno de penetración de dos o más sustancias en contacto entre sí.

Este proceso tiene lugar rápidamente en un gas no uniforme. Mediante ejemplos de difusión con diferentes densidades, se puede obtener una mezcla homogénea. Cuando el oxígeno O 2 y el hidrógeno H 2 con un tabique están en el mismo recipiente, cuando se elimina, los gases comienzan a mezclarse, formando una mezcla peligrosa. El proceso es posible cuando hay hidrógeno en la parte superior y oxígeno en la parte inferior.

Los procesos de interpenetración también tienen lugar en líquidos, pero mucho más lentamente. Si disuelves un sólido, azúcar, en agua, obtenemos una solución homogénea, que es un claro ejemplo de procesos de difusión en líquidos. En condiciones reales, la mezcla de líquidos y gases está enmascarada por procesos de mezcla rápida, por ejemplo, cuando se producen flujos de convección.

La difusión de sólidos se distingue por su menor velocidad. Si se limpia la superficie de interacción de los metales, entonces puede ver que durante un largo período de tiempo, aparecerán átomos de otro metal en cada uno de ellos.

Definición 5

La difusión y el movimiento browniano se consideran fenómenos relacionados.

Con la interpenetración de partículas de ambas sustancias, el movimiento es aleatorio, es decir, se observa un movimiento térmico caótico de moléculas.

Las fuerzas que actúan entre dos moléculas dependen de la distancia entre ellas. Las moléculas contienen cargas positivas y negativas. A grandes distancias, prevalecen las fuerzas de atracción intermolecular, a pequeñas distancias, las fuerzas de repulsión.

Dibujo 3 . 1 . 2 muestra la dependencia de la fuerza resultante F y la energía potencial E p de interacción entre moléculas de la distancia entre sus centros. A una distancia r = r 0, la fuerza de interacción se vuelve cero. Esta distancia se toma convencionalmente como el diámetro de la molécula. En r = r 0, la energía de interacción potencial es mínima.

Definición 6

Para alejar dos moléculas con una distancia r 0, se debe informar E 0, llamado la energía de enlace o la profundidad del pozo potencial.

Figura 3. 1. 2.La fuerza de la interacción F y energía potencial de interacción E p dos moléculas. F> 0- fuerza repulsiva, F< 0 - fuerza de gravedad.

Dado que las moléculas son pequeñas, las moléculas monoatómicas simples no pueden tener más de 10 a 10 m, mientras que las complejas pueden alcanzar tamaños cientos de veces más grandes.

Definición 7

El movimiento caótico desordenado de las moléculas se llama moción termal.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética del movimiento térmico. A bajas temperaturas, la energía cinética promedio, en la mayoría de los casos, resulta ser menor que el valor de la profundidad del pozo potencial E 0. Este caso muestra que las moléculas fluyen hacia una sustancia líquida o sólida con una distancia promedio entre ellas r 0. Si la temperatura aumenta, entonces la energía cinética promedio de la molécula excede E 0, entonces se dispersan y forman una sustancia gaseosa.

En los sólidos, las moléculas se mueven aleatoriamente alrededor de centros fijos, es decir, posiciones de equilibrio. En el espacio, se puede distribuir de forma irregular (en cuerpos amorfos) o con la formación de estructuras volumétricas ordenadas (cuerpos cristalinos).

Estado de agregación de sustancias

La libertad de movimiento térmico de las moléculas se ve en los líquidos, ya que no tienen un apego a los centros, lo que les permite moverse por todo el volumen. Esto explica su fluidez.

Definición 8

Si las moléculas están muy juntas, pueden formar estructuras ordenadas con varias moléculas. Este fenómeno se llama orden de corto alcance. Orden de largo alcance Característica de los cuerpos cristalinos.

La distancia entre las moléculas en los gases es mucho mayor, por lo que las fuerzas que actúan son pequeñas y sus movimientos van en línea recta, esperando la próxima colisión. Un valor de 10 a 8 m es la distancia media entre las moléculas de aire en condiciones normales. Dado que la interacción de fuerzas es débil, los gases se expanden y pueden llenar cualquier volumen del recipiente. Cuando su interacción tiende a cero, entonces hablan de la representación de un gas ideal.

Modelo cinético de gas ideal

En mct, la cantidad de sustancia se considera proporcional al número de partículas.

Definición 9

Polilla Es la cantidad de una sustancia que contiene tantas partículas (moléculas) como átomos hay en 0.012 g de carbono C 12. Una molécula de carbono está formada por un átomo. Por tanto, se deduce que 1 mol de sustancia tiene el mismo número de moléculas. Este número se llama permanente Avogadro N A: N A = 6, 02 ċ 1023 mol - 1.

Fórmula para determinar la cantidad de sustancia. ν se escribe como la relación N del número de partículas a la constante de Avogadro N A: ν = N N A.

Definición 10

La masa de un mol de sustancia. llamada masa molar M. Se fija en la forma de la fórmula M = N A ċ m 0.

La masa molar se expresa en kilogramos por mol (k g / mol).

Definición 11

Si una sustancia tiene un átomo en su composición, entonces se trata de hablar de la masa atómica de una partícula. La unidad de un átomo es 1 12 masas del isótopo de carbono C 12, llamado unidad de masa atómica y está escrito como ( una. come.): 1 a. unidades = 1,66 ċ 10 - 27 a la ciudad.

Este valor coincide con las masas del protón y del neutrón.

Definición 12

La relación de la masa de un átomo o molécula de una sustancia dada a 1 12 masa de un átomo de carbono se llama Masa relativa.

Si nota un error en el texto, selecciónelo y presione Ctrl + Enter

Según la teoría cinética molecular (MKT), todas las sustancias están compuestas por las partículas más pequeñas: moléculas. Las moléculas están en continuo movimiento e interactúan entre sí.

MKT está respaldado por numerosos experimentos y una gran cantidad de fenómenos físicos. Consideremos sus tres puntos principales.

Todas las sustancias están formadas por partículas.

1) Todas las sustancias están formadas por las partículas más pequeñas: moléculas, átomos, iones, etc., separadas por intervalos.

Molécula- la partícula estable más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades químicas básicas.

Las moléculas que componen una sustancia dada son exactamente las mismas; diferentes sustancias están formadas por diferentes moléculas. Hay una gran cantidad de moléculas diferentes en la naturaleza.

Las moléculas están formadas por partículas más pequeñas llamadas átomos.

Átomos- las partículas más pequeñas de un elemento químico que conservan sus propiedades químicas.

El número de átomos diferentes es relativamente pequeño e igual al número de elementos químicos (116) y sus isótopos (alrededor de 1500).

Los átomos son formaciones muy complejas, pero el MKT clásico utiliza un modelo de átomos en forma de partículas esféricas sólidas indivisibles.

La presencia de espacios entre moléculas se deriva, por ejemplo, de experimentos sobre el desplazamiento de varios líquidos: el volumen de una mezcla es siempre menor que la suma de los volúmenes de los líquidos mezclados. Los fenómenos de permeabilidad, compresibilidad y solubilidad de las sustancias también indican que no son continuas, sino que consisten en partículas separadas y espaciadas.

Con la ayuda de métodos de investigación modernos (microscopios electrónicos y de sonda), fue posible obtener imágenes de moléculas.

* Ley de relaciones múltiples

La existencia de moléculas está brillantemente confirmada por la ley de múltiples proporciones. Dice: "cuando diferentes compuestos (sustancias) se forman a partir de dos elementos, las masas de uno de los elementos en diferentes compuestos se denominan números enteros, es decir, están en múltiples proporciones". Por ejemplo, el nitrógeno y el oxígeno dan cinco compuestos: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. En ellos, con la misma cantidad de nitrógeno, el oxígeno ingresa a un compuesto en cantidades que se encuentran entre sí en múltiples proporciones de 1: 2: 3: 4: 5. La ley de las relaciones múltiples es fácil de explicar. Cualquier sustancia consta de moléculas idénticas con una composición atómica correspondiente. Dado que todas las moléculas de una sustancia dada son iguales, la relación de las cantidades en peso de los elementos simples que componen el cuerpo entero es la misma que en una molécula individual y, por lo tanto, es un múltiplo de los pesos atómicos, lo cual se confirma por experimento.

Masa de la molécula

Determine la masa de la molécula de la forma habitual, es decir pesar es, por supuesto, imposible. Es demasiado pequeño para eso. Actualmente, existen muchos métodos para determinar las masas de moléculas, en particular, utilizando un espectrógrafo de masas, las masas se determinan metro 0 de todos los átomos de la tabla periódica.

Entonces, para el isótopo de carbono \ (~ ^ (12) _6C \) metro 0 = 1,995 10-26 kg. Dado que las masas de átomos y moléculas son extremadamente pequeñas, los cálculos generalmente usan valores no absolutos, sino relativos de las masas obtenidas al comparar las masas de átomos y moléculas con la unidad de masa atómica, para la cual \ (~ \ dfrac (1 ) (12) \) parte de la masa del átomo de isótopo de carbono \ (~ ^ (12) _6C \):

1 uma = 1/12 metro 0C = 1,660 10-27 kg.

Relativo molecular(o atómico) masa METRO r es una cantidad que muestra cuántas veces la masa de una molécula (o átomo) es mayor que una unidad de masa atómica:

\ (~ M_r = \ dfrac (m_0) (\ dfrac (1) (12) \ cdot m_ (0C)). \ Qquad (1) \)

La masa molecular relativa (atómica) no tiene dimensiones.

Las masas atómicas relativas de todos los elementos químicos se indican en la tabla periódica. Entonces, para el hidrógeno es igual a 1.008, para el helio - 4.0026. Para los cálculos, la masa atómica relativa se redondeará al número entero más próximo. Por ejemplo, el hidrógeno tiene hasta 1, el helio hasta 4.

El peso molecular relativo de una sustancia dada es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los elementos que componen la molécula de una sustancia dada.... Se calcula utilizando la tabla periódica y la fórmula química de la sustancia.

Entonces, por el agua H 2 O el peso molecular relativo es METRO r = 1 2 + 16 = 18.

La cantidad de sustancia. Constante de Avogadro

La cantidad de una sustancia contenida en un cuerpo está determinada por el número de moléculas (o átomos) en ese cuerpo. Dado que el número de moléculas en los cuerpos macroscópicos es muy grande, para determinar la cantidad de materia en el cuerpo, el número de moléculas que contiene se compara con el número de átomos en 0.012 kg del isótopo de carbono \ (~ ^ (12) _6C \).

Cantidad de sustancia ν - un valor igual a la relación del número de moléculas (átomos) norte en un cuerpo dado al número de átomos norte A en 0.012 kg de isótopo de carbono \ (~ ^ (12) _6C \):

\ (~ \ nu = \ dfrac (N) (N_A). \ qquad (2) \)

En el SI, la unidad para la cantidad de sustancia es el mol. 1 mol- la cantidad de una sustancia que contiene el mismo número de elementos estructurales (átomos, moléculas, iones) que átomos en 0.012 kg del isótopo de carbono \ (~ ^ (12) _6C \).

La cantidad de partículas en un mol de una sustancia se llama Constante de Avogadro.

\ (~ N_A = \ dfrac (0.012) (m_ (0C)) = \ dfrac (0.012) (1.995 \ cdot 10 ^ (- 26)) \) = 6.02 10 23 mol -1. (3)

Por lo tanto, 1 mol de cualquier sustancia contiene la misma cantidad de partículas: norte A partículas. Desde la masa metro 0 partículas son diferentes para diferentes sustancias, entonces la masa norte La A de las partículas es diferente para diferentes sustancias.

La masa de una sustancia tomada en una cantidad de 1 mol se llama masa molar METRO:

\ (~ M = m_0 N_A. \ Qquad (4) \)

En SI, la unidad de masa molar es kilogramo por mol (kg / mol).

Entre masa molar Μ y peso molecular relativo METRO r existe la siguiente relación:

\ (~ M = M_r \ cdot 10 ^ (- 3). \)

Entonces, el peso molecular del dióxido de carbono es 44, el peso molar es 44 · 10 -3 kg / mol.

Conocer la masa de una sustancia y su masa molar. METRO, puedes encontrar el número de moles (cantidad de sustancia) en el cuerpo \ [~ \ nu = \ dfrac (m) (M) \].

Luego, de la fórmula (2), el número de partículas en el cuerpo.

\ (~ N = \ nu N_A = \ dfrac (m) (M) N_A. \)

Conociendo la masa molar y la constante de Avogadro, puede calcular la masa de una molécula:

\ (~ m_0 = \ dfrac (M) (N_A) = \ dfrac (m) (N). \)

Tamaños moleculares

El tamaño de la molécula es un valor condicional. Se evalúa así. Junto con las fuerzas de atracción, las fuerzas repulsivas también actúan entre las moléculas, por lo que las moléculas pueden acercarse solo hasta una cierta distancia. D(Figura 1).

La distancia del máximo acercamiento de los centros de dos moléculas se llama diámetro efectivo moléculas D(en este caso, las moléculas se consideran esféricas).

Los tamaños moleculares de varias sustancias no son los mismos, pero todos son del orden de 10-10 m, es decir, son muy pequeños.

ver también

1. Kikoin A.K. Masa y cantidad de materia, o el "error" de One Newton // Kvant. - 1984. - No. 10. - S. 26-27
2. Kikoin A.K. Una forma sencilla de determinar el tamaño de las moléculas // Kvant. - 1983. - No. 9. - C.29-30

Las moléculas se mueven erráticamente

2) Las moléculas están en movimiento aleatorio (térmico) continuo.

El tipo de movimiento térmico (traslacional, vibracional, rotacional) de las moléculas depende de la naturaleza de su interacción y cambia durante la transición de la materia de un estado de agregación a otro. La intensidad del movimiento del calor también depende de la temperatura corporal.

Estas son algunas de las pruebas del movimiento desordenado (caótico) de las moléculas: a) la tendencia del gas a ocupar todo el volumen que se le proporciona; b) difusión; c) Movimiento browniano.

Difusión

Difusión- Penetración mutua espontánea de moléculas de sustancias en contacto, lo que conduce a la igualación de la concentración de la sustancia en todo el volumen. Durante la difusión, las moléculas de los cuerpos contiguos, en continuo movimiento, penetran en los espacios intermoleculares entre sí y se distribuyen entre ellos.

La difusión se manifiesta en todos los cuerpos: en gases, líquidos, sólidos, pero en diversos grados.

La difusión de gases se puede detectar si, por ejemplo, se abre un recipiente con gas oloroso en una habitación. Después de un tiempo, el gas se esparcirá por toda la habitación.

La difusión en líquidos es mucho más lenta que en gases. Por ejemplo, si primero vierte una capa de solución de sulfato de cobre en un vaso, y luego agrega con mucho cuidado una capa de agua y deja el vaso en una habitación con una temperatura constante, luego de un tiempo el límite nítido entre la solución de sulfato de cobre y el agua desaparecerá, y después de unos días los líquidos se mezclarán.

La difusión en sólidos ocurre incluso más lentamente que en líquidos (de varias horas a varios años). Se puede observar solo en cuerpos bien pulidos, cuando las distancias entre las superficies de los cuerpos pulidos están cerca de la distancia intermolecular (10 -8 cm). En este caso, la velocidad de difusión aumenta al aumentar la temperatura y la presión.

La difusión juega un papel importante en la naturaleza y la tecnología. En la naturaleza, debido a la difusión, por ejemplo, las plantas se nutren del suelo. El cuerpo de humanos y animales absorbe nutrientes a través de las paredes del tracto digestivo. En tecnología, utilizando la difusión, por ejemplo, la capa superficial de los productos metálicos está saturada con carbono (carburación), etc.

• Un tipo de difusión es ósmosis- penetración de líquidos y soluciones a través de un tabique poroso semipermeable.

movimiento browniano

El movimiento browniano fue descubierto en 1827 por el botánico inglés R. Brown, la fundamentación teórica desde el punto de vista de MKT fue dada en 1905 por A. Einstein y M. Smoluchowski.

movimiento browniano- Se trata de un movimiento aleatorio de las partículas sólidas más pequeñas "suspendidas" en líquidos (gases).

Las partículas "suspendidas" son partículas cuya densidad de sustancia es comparable a la densidad del medio en el que se encuentran. Tales partículas están en equilibrio y la menor influencia externa sobre ellas conduce a su movimiento.

El movimiento browniano se caracteriza por lo siguiente:

Las razones del movimiento browniano son:

1. movimiento caótico térmico de las moléculas del medio en el que se encuentra la partícula browniana;
2. la falta de compensación total por los impactos de las moléculas del medio sobre esta partícula desde diferentes lados, ya que el movimiento de las moléculas es aleatorio.

Mover moléculas líquidas, cuando chocan con partículas sólidas, les da una cierta cantidad de movimiento. Accidentalmente, un número notablemente mayor de moléculas golpeará una partícula en un lado que en el otro, y la partícula comenzará a moverse.

• Si una partícula es lo suficientemente grande, entonces el número de moléculas que la atacan desde todos los lados es extremadamente grande, sus impactos se compensan en un momento dado y dicha partícula permanece prácticamente inmóvil.

ver también

1. Bronstein M.P. Cómo se pesó el átomo // Kvant. - 1970. - No. 2. - S. 26-35

Las partículas interactúan

3) Las partículas de una sustancia están conectadas entre sí por las fuerzas de interacción molecular: atracción y repulsión.

Las fuerzas de atracción y repulsivas actúan simultáneamente entre las moléculas de una sustancia. Estas fuerzas dependen en gran medida de las distancias entre las moléculas. Según estudios experimentales y teóricos, las fuerzas intermoleculares de interacción son inversamente proporcionales a norte-ésimo grado de distancia entre moléculas:

\ (~ F_r \ sim \ pm \ dfrac (1) (r ^ n), \)

donde para las fuerzas de atracción norte= 7, y para fuerzas repulsivas norte= 9 ÷ 15. Por lo tanto, la fuerza repulsiva cambia con más fuerza cuando cambia la distancia.

Hay fuerzas tanto atractivas como repulsivas entre moléculas. Hay algo de distancia r 0 entre moléculas, en las que las fuerzas repulsivas son iguales en magnitud a las fuerzas atractivas. Esta distancia corresponde a la posición de equilibrio estable de las moléculas.

Con distancia creciente r entre moléculas, tanto las fuerzas atractivas como las repulsivas disminuyen, y las fuerzas repulsivas disminuyen más rápidamente y se vuelven menos atractivas. La fuerza resultante (atracción y repulsión) tiende a acercar las moléculas a su estado original. Pero comenzando a cierta distancia r m, la interacción de las moléculas se vuelve tan pequeña que puede pasarse por alto. Mayor distancia r m, en el que las moléculas aún interactúan, se llama radio de acción molecular (r m ~ 1,57 · 10 -9 m).

Cuando la distancia disminuye r entre las moléculas, tanto las fuerzas de atracción como las de repulsión aumentan, y las fuerzas de repulsión aumentan más rápidamente y se vuelven más grandes que las fuerzas de atracción. La fuerza resultante ahora tiende a alejar las moléculas unas de otras.

Evidencia de la interacción contundente de moléculas:

a) deformación de cuerpos bajo la influencia de la fuerza;

b) preservación de la forma por cuerpos sólidos (gravedad);

c) la presencia de espacios entre moléculas (fuerzas repulsivas).

* Gráfica de proyección de fuerzas de interacción

La interacción de dos moléculas se puede describir usando el gráfico de la dependencia de la proyección de la resultante F r fuerzas de atracción y repulsión de moléculas a distancia r entre sus centros. Dirijamos el eje r de una molécula 2 , cuyo centro coincide con el origen, a la distancia de él r 1 centro de la molécula 2 (Figura 3, a).

La diferencia en la estructura de gases, líquidos y sólidos.

En varios estados de agregación de la materia, la distancia entre sus moléculas es diferente. De ahí la diferencia en la interacción de fuerzas de las moléculas y una diferencia significativa en la naturaleza del movimiento de las moléculas de gases, líquidos y sólidos.

V gases las distancias entre moléculas son varias veces mayores que los tamaños de las propias moléculas. Como resultado, las fuerzas de interacción entre las moléculas de gas son pequeñas y la energía cinética del movimiento térmico de las moléculas es mucho mayor que la energía potencial de su interacción. Cada molécula se mueve libremente de otras moléculas a tremendas velocidades (cientos de metros por segundo), cambiando la dirección y el módulo de velocidad cuando choca con otras moléculas. Longitud del camino libre λ Las moléculas de gas dependen de la presión y la temperatura del gas. Bajo condiciones normales λ ~ 10 -7 m.

V sólidos las fuerzas de interacción entre moléculas son tan grandes que la energía cinética del movimiento de las moléculas es mucho menor que la energía potencial de su interacción. Las moléculas realizan vibraciones continuas con pequeña amplitud alrededor de una cierta posición de equilibrio constante: un sitio de red cristalina.

El tiempo durante el cual la partícula oscila alrededor de una posición de equilibrio es tiempo de la "vida establecida" de la partícula- muy grande en sólidos. Por tanto, los sólidos conservan su forma y no fluyen en condiciones normales. La "vida estable" de una molécula depende de la temperatura. Cerca del punto de fusión, es del orden de 10 –1 - 10 –3 s, a temperaturas más bajas pueden ser horas, días, meses.

V liquidos la distancia entre moléculas es mucho menor que en los gases y aproximadamente la misma que en los sólidos. Por tanto, las fuerzas de interacción entre moléculas son grandes. Las moléculas de un líquido, como las moléculas de un sólido, vibran alrededor de una determinada posición de equilibrio. Pero la energía cinética del movimiento de las partículas es comparable con la energía potencial de su interacción, y las moléculas pasan con mayor frecuencia a nuevas posiciones de equilibrio (tiempo de “vida establecida” 10 –10 –10 –12 s). Esto explica la fluidez del líquido.

ver también

1. Kikoin A.K. Sobre los estados agregados de la materia, Kvant. - 1984. - No. 9. - S. 20-21

Literatura

Aksenovich L.A. Física en la escuela secundaria: teoría. Tareas. Pruebas: Libro de texto. subsidio para instituciones que proporcionan el recibo de obs. medio ambiente, educación / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004. - P. 119-126.

Estamos rodeados de varios objetos. Podemos ver que estos son sólidos, líquidos o gases. Surgen muchas preguntas sobre todo lo que nos rodea. Las respuestas a muchas preguntas las da teoría cinética molecular.

La teoría cinética molecular es un conjunto de vistas que se utilizan para describir las propiedades observadas y medidas de una sustancia basándose en el estudio de las propiedades de los átomos y moléculas de una sustancia determinada, su interacción y movimiento.

Principios básicos de la teoría cinética molecular.

• Todos los cuerpos están formados por partículas: átomos, moléculas, iones.

• Todas las partículas están en continuo movimiento térmico caótico.

• Hay fuerzas de interacción entre las partículas de cualquier cuerpo: atracción y repulsión.

Así, en la teoría cinética molecular, el objeto de estudio es un sistema formado por una gran cantidad de partículas: macrosistema... Las leyes de la mecánica no son aplicables para explicar el comportamiento de tal sistema. Por tanto, el principal método de investigación es método estadístico estudiando las propiedades de la materia.

Para explicar y predecir fenómenos, es importante conocer características básicas de las moléculas:

1. Dimensiones (editar)

Se puede hacer una estimación del tamaño de una molécula como el tamaño de un cubo a que contiene una molécula, basándose en la densidad de sustancias sólidas o líquidas y la masa de una molécula:

1. Masa de la molécula

Relación de masa de materia metro al número de moléculas norte en esta sustancia:

1. Peso molecular relativo

La relación entre la masa de una molécula (o átomo) de una sustancia dada y 1/12 de la masa de un átomo de carbono:

1. Cantidad de sustancia

La cantidad de sustancia es igual a la relación entre el número de partículas norte en el cuerpo (átomos - en una sustancia atómica, moléculas - en una molecular) al número de moléculas en un mol de una sustancia norteA:

1. Constante de Avogadro

La cantidad de moléculas contenidas en 1 mol de una sustancia.

1. Masa molar

La masa molar de una sustancia es la masa de una sustancia tomada en una cantidad de 1 mol.

En el Sistema Internacional de Unidades, la masa molar de una sustancia se expresa en kg / mol.

1. Interacción (cuantitativamente basada en la experiencia)

La interacción de moléculas se caracteriza tanto por la atracción como por la repulsión: a distancias r 0 la repulsión domina, a distancia r> r 0 - atracción, y disminuye rápidamente. A distancia r 0 un sistema de dos moléculas tiene una energía potencial mínima (la fuerza de interacción es cero) - este es un estado de equilibrio estable