А.Н. Матвеев - Молекулярная физика (1103596), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг!моль). С учетом (1.2) и (1.4) формула (!.5) принимает виц М !О-з~ 10-зМ (1.6) где М, — безразмерная относительная масса, определенная в (1.2). В частное~и, молярная масса вещества, состоящего из изотопов углерода "С, равна 12 10 з кг/моль. Относительные атомные массы приведены в таблице Менделеева. Относительные молекулярные массы могут быть с достаточной точностью найдены в виде суммы относительных масс атомов, составляющих молекулу, поскольку энергия химической связи атомов в молекуле и соответствующий этой связи дефек~ масс малы. Ф Ягрегптное состояние вещества определяется соотнощениен нежду средней кинетической и средней потенциальной энергией взаимодействия молекул: у газов средняя кинетическая энергия нного болыае абсолютного значения средней патенциальной энергии взаинодействи» молекул, у жидкостей они принерно равны, а у твердых тел абсолютное значение средней потемциальмой энергии взаимодействия молекул нного бопыме их средней кинетической энергии.
(Помните, потенциальная энергия взаимодействие при притяжении отрицательной !4 1. Статистический метод Число ч молей связано с числом л структурных элементов (молекул) некоторого количества вещества формулой ч = л/Хм (1.7) Умножая числитель и знаменатель правой части (1.7) на массу молекулы и принимая во внимание, что гл „п = т — масса вещества, с учетом (1.5) находим ч = т1'М. (1.8) Агрегатные состояния вещества. Изучение взаимодействия между атомами и молекулами показало, что на сравнительно больших расстояниях между ними действуют силы притяжения, а на малых расстояниях — силы отталкивания.
По своей природе они являются силами электромагнитного происхождения. Существование сил отталкивания на малых расстояниях есп просто констатация того факта, что атомы и молекулы занимают какое-то место в пространстве и, следовательно, препятствуют другим атомам н молекулам занимать то же место. Атомы и молекулы находятся в движении и, следовательно„обладают определенной кинетической энергией. Очевидно, что силы притяжения стремятся связать атомы и молекулы в единое целое, а наличие кинетической энергии у молекул и атомов препятствует этой тенденции сцепления между ними. Охончательный результат противоборства этих двух тецценций зависит от их относительной интенсивности.
Если тенденция к разъединению много интенсивнее тенденции х связи, то вещество находится в газообразном, а если же интенсивнее тенденция к связи, то вещество находится в твердом состоянии. Когда интенсивности тенденций примерно одинаковы, образуется жидкое состояние. Сказанное выше имеет качественный характер, поскольку не было дано количественной меры понятия «интенсивность». Этой количественной мерой являются потенциальная энергия притяжения и кинетическая энергия. Если суммарная кинетическая энергия атомов н молекул много больше суммарной потенциальной энергии нх взаимного притяжения (по абсолютному значению, потому что потенциальная энергия притяжения отрицательна), то вещество находится в газообразном состоянии; если много меньше, то в твердом. Жидкое состояние образуется при примерном равенстве этих энергий.
Объяснение свойств вещества исходя из представлений о его молекулярном строения, двюхеаив я взаимодействии молекул составляет предмет молекулярно-кинетической теории строения вещества. Ова создавалась постепенно в течение многих столетий. Выдающийся вклад в ее развитие внес М.
В. Ломоносов. Основные признаки агрегатных состояний. Поскольку газообразное состояние образуется в результате полного подавления тенденции молекул к сцеплению, вещество в газообразном состоянии не сохраняет ни формы, ни объема. Его объем и форма определяются сосудом, в который оно помещено. При отсутствии сосуда вещество стремится заполнить все пространство. Картина молекулярного движения в газах выглядит так: большую часть времени каждая молекула движется без взаимодействия, затем в небольшой области меняет направление своего движения в результате столкновения с другой молекулой.
Расстояние, пролетаемое молекулой между столкновениями, в сотни и тысячи раз больше диаметра молекул. Одновременные столкновения трех молекул и большего числа случаются редко. Траектория отдельной молекулы вы~ладит так: !. Методы рассмочрения систем многих частиц 15 В твердом состоянии молекулы и атомы сильно сцеплены друг с другом. Вещество в твердом состоянии сохраняет как форму, так н объем.
При деформации (изменении формы или объема) возникают силы, стремящиеся восстановить и форму, и объем. Молекулы или атомы твердого тела располагаются в определенных местах и образуют кристаллическую решетку. Они колеблются около некоторых средних положений, называемых узлами кристаллической решетки; покидать небольшую область вблизи узлов они, как правило, не могут. Линия, вдоль которой происходят колебания, и амплитуда колебаний меняются с течением времени, но за ббльпше по сравнению с периодом колебаний промежутки времени. Вдоль фиксированной линии совершается достаточно много колебаний, прежде чем направление линии колебаний изменится.
С учетом этого траекторию отдельной молекулы можно изобразить как последовательносп линейных колебаний с различными амплитудами и в различных направлениях: Жидкое состояние характеризуется тем, что вещество стремится сохранить объем, но не сохраняет формы. Отметим, что шарообразная форма жидкостей в условиях невесомости не противоречит атому утверждению. Жидкость всегда принимает ту форму, которая соответствует действующим иа нее силам. В условиях невесомости на нее действуют силы поверхностного натяжения и шарообразная форма соответствует общему условию устойчивости. Молекулы в жидкости находятся близко друг к другу, как бы соприкасаясь. Однако их относительные положения не фиксированы и они сравнительно медленно меняют положения друг относительно друга.
Траекторию молекулы можно представить примерно таким образом: Иногда молекулы соединяются в агрегаты, состоящие из болыпого числа молекул, причем агрегатное расположение их определенным образом упорядочено. В этом случае жидкости обладают некоторыми свойствами, характерными для твердых кристаллических тел (жидкие кристаллы).
В настоящее время сравнительно хорошо разработаны теории газообразного и твердого состояний. Теория жидкого состояния наименее разработана. Модель идеального газа. Наиболее простой моделью системы многих частиц является идеальный газ. По определению, зто газ, состоящий из точечных материальных частиц с конечной массой„между которыми отсутствуют силы, действующие на расстоянии, и которые сталкиваются между собой по законам соударения шаров. Необходимо отметить, что частицы сталкиваются между собой именно по ° Идеальмый гаэ существует лиаэь в идее, в реальиом мире ои в принципе ие может существаваты дапущеиие точечности молекул и отсутствия у ии» взаимодействия ма расстоянии эквииалеитио приэиаиию их существования вие простраиства, т.е. их несуществованию. Дииамическое описание системы миоги» частиц иеосуществямо с техиической, иелригадио с теоретической и бесполезно с практической точен зрелая.
Статистический и термодииаиический методы иэучемия систем ммогих частиц дополияют друг друга. 16 !. Статистический метод законам соударения шаров, потому что точечные частицы, строго говоря, испытывают только лобовые столкновения, которые приводят лишь к изменению направления скоростей сталкивающихся частиц на обратное и не изменяют направления их скоростей на какие-то другие углы. Наиболее близко свойствам идеального газа соответствуют достаточно разреженные газы.
Простота модели идеального газа делает ее подходящей для ознакомления с методами изучения систем многих часпщ и соответствующими понятиями. Двнамяческий метод. Между столкновениями частицы движутся по прямым линиям. Законы столкновений и ударов о стенки сосуда, в который заключен газ, известны. Поэтому, зная положения и скорости всех частиц газа в некоторый момент времени, можно вычислить их положение и скорости во все последующие моменты времени.
Больше того, если в этом есть необходимость, нетрудно, в принципе, найти также положения и скорости всех частиц во все предшествующие моменты времени. Положения и скорое~и всех част.иц в любой момент времени дают наиболее полную и детальную информацию о системе частиц. Однако вся эта информация в своем непосредственном виде необозрима для нашего мысленного взгляда н даже простая ее фиксация превосходит возможности любых технических средств, не говоря уже о технической неосуществимости ее обработки. В самом деле, при нормальных условиях в 1 см' воздуха содержится примерно 2,7.10ги молекул.
Это означает, что для записи в некоторый момент времени положений и скоростей всех молекул потребовалось бы зафиксировать 6 2,7 10" чисел. Если бы некоторое устройство фиксировало их со скоростью 1 млн. чисел в секунду, то потребовалось бы 6.2,7 10'а с 6 млн. лет. Если по этим данным необходимо вычислить, например, кинетическую энергию частиц, причем счет вести со скоростью 1 млн. операций в секунду, то потребуется примерно 21 млн. лет, не считая 2 млн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
