Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Количество вещества. Молярная масса. Силы молекулярного взаимодействия.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение, которое объясняет свойства материи с точки зрения движения и взаимодействия составляющих её молекул.

Молекулой называется наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Молекулы, как известно, могут состоять как из одного (инертные газы), так и из огромного количества атомов (биологические молекулы).

Атом – это наименьшая частица химического элемента.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три аксиомы, называемые положениями:

1) все вещества состоят из мельчайших частиц - молекул, которые в свою очередь, состоят из атомов;

2) молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении, называемом тепловым;

3) молекулы взаимодействуют с силами одновременного притяжения и отталкивания, имеющими электрическую природу.

Реальные размеры атомов очень малы и составляют в диаметре не более нескольких ангстрем (1А=10^-10м), например, d(H₂O)=3 10^-10м.

Массу атомов и молекул в силу их малости принято измерять не в привычных нам граммах, или килограммах, а с помощью атомных единиц массы.

Атомная единица массы составляет 1/12 часть атома углерода ¹²С и равна:

1 а.е.м. =1/12 m_c =1,66 10^-27кг.

Относительная атомная (молекулярная) масса – это отношение массы атома (молекулы) данного вещества к одной атомной единице массы:

. (1)

Спектр, рассматриваемых молекулярной физикой веществ, очень разнообразен, однако во многих задачах особенности строения молекул данного конкретного соединения не имеют значения. В этих случаях удобнее пользоваться не массой, а количеством вещества.

Единицей количества вещества является моль.

Один моль – количество вещества, содержащего столько же молекул, сколько их содержится в 0,012кг углерода.

Величина, численно равная, количеству атомов в 12 г углерода называется числом Авогадро,

N_a=6,023 10²³ 1/моль.

Таким образом, количество вещества – это отношение числа молекул в данном веществе к числу Авогадро: .

Хотя, моль любого вещества (по определению) содержит одинаковое количество молекул, масса молей разных веществ – различна.

Масса одного моля вещества называется молярной , где m₀ – масса молекулы.

С учётом молярной массы количество вещества равно:

.

Силы, с которыми взаимодействуют молекулы (молекулярные) имеют электрическую природу. Эти силы действуют на расстояниях, соизмеримых с размерами самих молекул.

Силы взаимодействия зависят от расстояния между молекулами (рис.1^а).

Силы отталкивания преобладают при сближении молекул (r<r₀). Они обусловлены перекрыванием электронных оболочек атомов.

На некотором расстоянии r = r₀ силы притяжения F_пр. и силы отталкивания F_отт. уравновешивают друг друга.

Дальнейшее увеличение расстояния приводит в начале к притяжению, а затем к исчезновению всякого взаимодействия.

При этом силы притяжения убывает с расстоянием по закону F_пр.= - а/r⁷, а силы отталкивания по закону F_отт= b/r¹².

Коэффициенты а и в зависят от рода

Рис.1^а Рис.1^б взаимодействующих молекул.

Результирующая сил молекулярного взаимодействия будет равна:

. (2)

На рис.1^б представлен график потенциальной энергии двух молекул на расстоянии r друг от друга. Из графика можно сделать вывод о том, что наименьшей потенциальной энергией система из двух молекул обладает в точке, в которой силы притяжения и отталкивания равны.