Презентация на тему: Основные положения МКТ. Основные положения молекулярно- кинетической теории (МКТ) Размеры молекул. Масса молекул. Количество вещества Диффузия. Броуновское движение. Строение. Тепловое движение молекул в жидкости

Основные положения МКТ. Размеры молекул и атомов. Агрегатное состояние вещества.

(введение к теме «Термодинамика»)

Основные положения молекулярно- кинетической теории

• Все вещества без (исключения) состоят из частиц.

Цель МКТ - объяснение свойств макроскопических тел и закономерности тепловых процессов на основе представления о том, что все тела состоят из отдельных хаотически движущихся и взаимодействующих частиц.

Размеры молекул и атомов.

Капля масла на поверхности жидкости не расплывётся по всей свободной площади, она образует слой толщиной всего лишь в одну молекулу -«мономолекулярный слой». Если взять объём капли 1мм 3 , то она расплывётся максимум на площадь поверхностью не более 0,6 м 2 , тогда посчитаем:

d=0,001 см 3: 6000 см 2 ≈1,7×10⁻⁷см.

Диаметр молекулы воды равен примерно 3 ×10⁻⁸см, тогда в 1 см 3 находится 3,7×10 22 молекул. Масса молекулы будет равна 2,7×10⁻ 23 г.

• Массу всех молекул и атомов сравнивают с 1/12 массы атома углерода.
• Относительная молекулярная масса определяется по формуле:

М r = m м / m c/ 12

Где m м масса молекулы вещества,

m c масса атома углерода.

• Относительная атомная масса А r – это отношение массы атома к 1/12 массы атома углерода.

Формулы и определения по теме.

1 а.е.м = mc / 12 = 1,66 × 10 -27 кг

Количество молекул в одном моле вещества называется постоянной Авогадро: N а = 6,02× 10 23 моль -1

Закон Авогадро: в равных объёмах разных газов при одинаковых условиях всегда содержится одинаковое количество частиц.

Единицей количества вещества ν является моль.

Моль- называется количество вещества, в котором содержится столько же молекул (атомов) сколько их содержится в 12 г углерода.

Массу молекул вещества можно определять так:

Молярная масса М - это масса 1 моль вещества.

m м = М / N а; m м = m / N; m м = ρ / n

Масса вещества m = M× ν

m – масса вещества, N – число молекул,

Единица молярной массы в СИ-

n – концентрация молекул.

кг/моль М = М r ×10 -3

Число молекул вещества можно определять так:

N = N а × ν; N = m / m м; N = n × V

Объём V М одного моля вещества определяется по формуле:

V = М / ρ ρ – плотность вещества

Агрегатное состояние вещества

• Твёрдое
• Жидкое
• Газообразное

Самое распространенное вещество на Земле – вода. Рассмотрим её во всех состояниях и помним,

что сама молекула не

Изменяется.

Твёрдое состояние вещества

Молекулы располагаются на определённых расстояниях друг от друга,

совершая колебательные

движения у положения

равновесия. Взаимодействие

между ними очень сильное,

поэтому в твёрдом состоянии тела сохраняют форму и объём.

(на рисунке молекулы льда

и фото ледяного города).

Жидкое состояние вещества

Молекулы располагаются предельно близко друг от друга, что и делает жидкости практически

несжимаемыми. Движение их

беспорядочное и они перемещаются

по всему объёму, это вызывает текучесть

вещества в этом агрегатном состоянии.

Притяжение между частицами слабое,

поэтому жидкости легко разливаются по

порциям. Следовательно, жидкости сохраняют объём, но легко принимают форму сосуда.

Газообразное состояние вещества

Молекулы располагаются достаточно далеко друг от друга, что позволяет им разлетаться на большое расстояние и

не взаимодействовать между

собой. Поэтому газы не

имеют постоянного объёма,

они стремятся заполнить всё предоставляемое им пространство. Следовательно, газы не имеют своей формы и своего объёма.

Закрепление

1.Сформулируйте основные положения МКТ.

2.Приведите факты, подтверждающие, справедливость этих положений.

3. Решите задачу: определить молярную массу сахара

4. Сколько молекул содержится в 210 г азота?

Задачи можно предложить ученикам решить дома.

1. Все вещества без (исключения) состоят из частиц.

Все частицы беспорядочно движутся.

Все частицы вещества взаимодействуют друг с другом.

2. Дробление, испарение, растворение, диффузия, броуновское движение, растекание жидкости, возникновение упругости, деформация, сохранение формы и объёма твёрдых тел, трение.

3. M r (С 12 Н 22 О 11) = 12А r (С) + 22А r (Н) + 11 А r (О)

M r = 12 12 + 22 + 11 16 = 342 (а.е.м.)

M = M r 10 -3 = 0,342 (кг/моль).

4. m(N 2) = 0,21кг

N = m / m N 2 m N 2 = М / N a N = m N a /м

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Тема занятия Основные положения молекулярно-кинетическ ой теори и

МКТ молекулярно-кинетическая теория объясняет физические явления и свойства тел с точки зрения их внутреннего микроскопического строения.

На уроках физики изучают физические явления: механические, электрические, оптические. В окружающем нас мире наряду с ними распространены тепловые явления. Тепловые явления изучает молекулярная физика.

1. Молекулярная физика Молекулярная физика рассматривает строение и свойства вещества на основе МКТ.

2. Из истории развития МКТ Фундаментом МКТ является а томистическая гипотеза: все тела в природе состоят из мельчайших с труктурных единиц – атомов и молекул. Период Ученый Теория 2500 л ет назад Д р. Греции Левкипп, Демокрит из Абдеры зародилась X VIII в. М.В.Ломоносов, выдающийся русский ученый-энциклопедист рассматривал тепловые явления как результат движения частиц, образующих тела XIX в. в трудах европейских ученых окончательно сформулирована

М.В.Ломоносов Роберт Броун Жан Батист Перрен

Основные положения МКТ I. Все вещества состоят из мельчайших частиц (молекул, атомов)

Хотя существование молекул и атомов было установлено давно и даже были определены их размеры. Лишь в 1945г. А.А.Лебедев с помощью «электронного микроскопа», позволяющего исследовать объекты очень малых размеров, сумел сфотографировать некоторые крупные молекулы белка (альбумин).

Молекула вещества – это мельчайшая частица данного вещества Молекулы состоят из еще более мелких частиц - атомов

Молекула - мельчайшая частица вещества Размеры молекул ничтожно малы.

Каждому веществу соответствует определенный вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) из нескольких одинаковых или различных атомов или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.

3. Основные положения МКТ I. Все вещества состоят из частиц Опыты: Механическое дробление Растворение вещества Сжатие и растяжение тел При нагревании тела расширяются Электронные и ионные микроскопы Частицы молекулы атомы электроны ядро нейтроны протоны

Основные положения МКТ II. Частицы непрерывно и хаотически движутся Опыты: Диффузия Броуновское движение

Диффузия Диффузия – это процесс взаимного c амопроизвольного проникновения различных веществ друг в друга, обусловленный тепловым движением молекул. Диффузия возникает в: газах жидкостях, твердых телах. Скорость движения молекул: V газ > V жидкость > V твердое тело

Диффузия

Диффузия

Диффузия

Почему происходит изменение объема тел? (гипотеза)

При нагревании объем тела увеличивается, а при охлаждении уменьшается твердое тело жидкость газ

Броуновское движение (Роберт Броун 1827 г.) Броуновское движение это – тепловое, беспорядочное движение взвешенных в жидкости или газе частиц.

Причина: удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга. Характер движения зависит от вида жидкости, размера и формы частиц, температуры. Броуновская частица

III. Частицы, взаимодействуя друг с другом, притягиваются и отталкиваются, т е между ними существуют силы притяжения и отталкивания Опыты: Склеивание Смачивание Твердые тела и жидкости трудно сжать

Если бы между молекулами не существовало сил притяжения, то вещество бы при любых условиях находилось в газообразном состоянии, только благодаря силам притяжения молекулы могут удерживаться около друг друга и образовывать жидкости и твердые тела. Если бы не было сил отталкивания, то мы свободно могли бы проткнуть пальцем толстую стальную плиту. Более того, без проявления сил отталкивания вещество не могло бы существовать. Молекулы проникли бы друг в друга и сжались бы до объема одной молекулы.

Взаимодействие молекул r 0 = d F пр = F от 2. r 0 d F пр > F от r 0 - расстояние между центрами частиц d- сумма радиусов взаимодействующих частиц

Основные положения МКТ Вещество состоит из мельчайших частиц Частицы вещества непрерывно хаотически движутся Частицы вещества взаимодействуют друг с другом

Молекулы разных веществ по-разному взаимодействуют между собой. Взаимодействие зависит от типа молекул и расстояния между ними. Этим объясняется наличие различных агрегатных состояний веществ (жидкое, твердое, газообразное)

Частицы вещества беспрерывно и беспорядочно движутся.

Агрегатные состояния вещества твёрдое жидкое газообразное лёд вода пар

Контроль На каком физическом явлении основан процесс засолки овощей, рыбы, мяса? В каком случае процесс происходит быстрее – если рассол холодный или горячий? На каком явлении основано консервирование фруктов и овощей? Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов? Почему сахар и другие пористые продукты нельзя хранить вблизи пахучих веществ?

Домашнее задание Заполнить таблицу Агрегатное состояние вещества Расстояние между частицами Взаимодействие частиц Характер движения частиц Порядок расположения частиц Сохранение формы и объема

Основные

положения

На слайде воспроизведено трехмерное изображение поверхности кремния, полученное с использованием атомного силового микроскопа.

МКТ

Молекулярно-кинетическая теория

• учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.
• Левкипп и Демокрит - 400 лет до н.э.
• М. В. Ломоносов - XVIII в. «0 причине теплоты и холода», «О коловратном движении корпускул».

Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.1

Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны,

Стиснуты будучи крепко, сцепленьем частей наименьших,

Но не являясь притом скопленьем отдельных частичек,

А отличаясь скорей вековечной своей простотою.

И ничего ни отторгнуть у них, ни уменьшить природа

Не допускает уже, семена для вещей сберегая.

Если не будет, затем ничего наименьшего, будет

Из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело:

У половины всегда найдется своя половина,

И для деленья нигде не окажется вовсе предела.

Чем отличишь ты тогда наименьшую вещь от вселенной?

Ровно, поверь мне, ничем. Потому что, хотя никакого

Нет у вселенной конца, но ведь даже мельчайшие вещи

Из бесконечных частей состоять одинаково будут.

Здравый, однако же, смысл отрицает, что этому верить

Может наш ум, и тебе остается признать неизбежно

Существованье того, что совсем неделимо, являясь

По существу наименьшим. А если оно существует,

Должно признать, что тела изначальные плотны и вечны.

Если бы все, наконец, природа, творящая вещи,

На наименьшие части дробиться опять заставляла,

Снова она никогда ничего возрождать не могла бы.

Ведь у того, что в себе никаких уж частей не содержит,

Нет совсем ничего, что материи производящей

Необходимо иметь: сочетаний различных и веса,

Всяких движений, толчков, из чего созидаются вещи.

Атом и молекула

• АТОМ –

• МОЛЕКУЛА - наименьшая устойчивая частица вещества ,

наименьшая частица химического элемента ,

которая является носителем его химических свойств.

обладающая всеми химическими свойствами

и состоящая из одинаковых (простое вещество) или разных (сложное вещество) атомов, объединенных химическими связями.

Необходимо четко разграничить понятия атома и молекулы. Например, чистые металлы не имеют молекулярной структуры: нельзя говорить о «молекуле алюминия», только об атоме (и т.д.) Атом обладает химическими свойствами элемента, а молекула – свойствами вещества.

Три основных положения МКТ:

• Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов.
• Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
• Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу.

Значение атомно-молекулярной теории

Если в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными, и грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленной из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - атомная гипотеза: Все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В этой фразе... содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения.

Р. Фейнман. Лекции по физике, т.1, стр. 23

ЗНАЧЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

• Объяснение явлений природы: диффузии, поверхностного натяжения, теплового расширения тел и др.

• Предсказание свойств новых свойств материалов.
• Расчеты физических характеристик тел: теплоемкости, давление газа и др.
• Обоснование эмпирических законов идеального газа.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

состоящая

из большого числа

Броуновское движение

Диффузия

Изопроцессы

Диффузия

• явление проникновения частиц одного вещества в промежутки между частицами другого.
• Скорость диффузии зависит от температуры и состояния вещества (быстрее в газах).

Роль в природе, технике

1. Питание растений из почвы.

2. В организмах человека и животных всасывание питательных веществ происходит через стенки органов пищеварения.

3. Работа органов обоняния.

4. Цементация.

Обязательные демонстрации: диффузия в газах, жидкостях, твердых телах. Зависимость скорости диффузии от температуры.

Вопросы для обсуждения модели: причины диффузии, объяснение зависимости скорости диффузии от агрегатного состояния и температуры, возможные способы ускорения и замедления диффузии.

Траектория броуновской частицы.

• Открыто Р. Броуном (1827 г.).

• Теория создана А. Эйнштейном и М. Смолуховским (1905 г.).

• Экспериментально теория подтверждена в опытах Ж. Перрена (1908–1911 гг.).

Броуновское движение - беспорядочное движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под влиянием теплового движения молекул.

Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. Необходимо четко показать учащимся, что тепловое движение молекул вещества и броуновское движение это различные явления.

Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.2

Дабы ты лучше постиг, что тела основные ** мятутся

В вечном движеньи всегда, припомни, что дна никакого

Нет у вселенной нигде, и телам изначальным остаться

Негде на месте, раз нет ни конца ни предела пространству,

Если безмерно оно и простерто во всех направленьях,

Как я подробно уже доказал на основе разумной.

Раз установлено так, то телам изначальным, конечно,

Вовсе покоя нигде не дано в пустоте необъятной.

Наоборот: непрерывно гонимые разным движеньем,

Частью далеко они отлетают, столкнувшись друг с другом,

Частью ж расходятся врозь на короткие лишь расстоянья.

Те, у которых тесней их взаимная сплоченность, мало

И на ничтожные лишь расстояния прядая порознь,

сложностью самых фигур своих спутаны будучи цепко,

Мощные корни камней и тела образуют железа

Стойкого, так же, как все остальное подобного рода,

прочие, в малом числе в пустоте необъятной витая,

прядают прочь далеко и далеко назад отбегают

На промежуток большой. Из них составляется редкий

Воздух, и солнечный свет они нам доставляют блестящий.

Множество, кроме того, в пустоте необъятной витает

Тех, что отброшены прочь от вещей сочетаний и снова

Не были в силах еще сочетаться с другими в движеньи.

Образ того, что сейчас описано мной, и явленье

Это пред нами всегда и на наших глазах происходит.

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света;

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя,

Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь.

Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно

Первоначала вещей в пустоте необъятной мятутся.

Так о великих вещах помогают составить понятье

Малые вещи, пути намечая для их постиженья.

Закон Бойля - Мариотта Закон Бойля - Мариотта утверждает, что произведение абсолютного давления газа на его удельный объем в изотермическом процессе (при постоянной температуре) есть величина постоянная: pv = const . Закон Гей-Люссака гласит, что при постоянном давлении (изобар Закон Гей-Люссака ный процесс) удельный объем газообразного вещества (объем постоянной массы газа) изменяется прямо пропорционально изменению абсолютных температур: v 1 /v 2 = T 1 /T 2 . Закон Шарля Закон Шарля, который иногда называют вторым законом Гей-Люссака, заключается в том, что при неизменном удельном объеме абсолютные давления газа изменяются прямо пропорционально изменению абсолютных температур: p 1 /p 2 = T 1 /T 2 .

Закон Авогадро Закон Авогадро утверждает, что все газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами μ 1 и μ 2 равны соответственно: М 1 = m 1 N и М 2 = m 2 N , Закон Дальтона Рабочее тело, используемое в термодинамических установках, обычно представляет собой смесь нескольких газов. Например, в двигателях внутреннего сгорания в состав продуктов сгорания, являющихся рабочим телом, входят водород, кислород, азот, окись углерода, углекислый газ, водяные пары воды и некоторые другие газообразные вещества. р см = р 1 + р 2 + р 3 + ... + р n = Σ р i , Уравнение Менделеева - Клайперона Если обе части уравнения состояния идеального газа (уравнения Клайперона) умножить на массу газа М , получим следующее выражение: pvM = MRT ,

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Менделеева - Клапейрона или уравнение Клапейрона ) - формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: PVm=RT ,где P - давление, Vm - молярный объём, R - универсальная газовая постоянная (R = 8,3144598(48) Дж ⁄ (моль∙К)) T - абсолютная температура, К.

Газовая постоянная - универсальная физическая постоянная R, входящая вуравнение состояния 1 моля идеального газа: pv = RT (см. Клапейрона уравнение ) , где р - давление, v - объём, Т - абсолютная температура. Г. п. имеет физический смысл работы расширения 1 моля идеальногогаза под постоянным давлением при нагревании на 1°. С другой стороны, разность молярных теплоёмкостей(См. Теплоёмкость ) при постоянном давлении и постоянном объёме ср - c v = R (для всех сильноразреженных газов). Г. п. обычно численно выражается в следующих единицах: дж/град-моль.. 8,3143 ± 0,0012(1964 год) эрг/град-моль.. .8,314-10 7 кал/град-моль.. 1,986 л·атм/град-моль.. 82,05-10 -3 Универсальная Г. п., отнесённая не к 1 молю, а к 1 молекуле, называется Больцмана постоянной (См. Больцмана постоянная ).

Роберт Броун (Brown, Браун) 21.XII.1773–10.VI.1858

• Английский ботаник. Морфолого-эмбриологические исследования Брауна имели большое значение для построения естественной системы растений. Открыл зародышевый мешок в семяпочке, установил основное различие между покрытосеменными и голосеменными; в семяпочках хвойных открыл архегонии. Впервые правильно описал ядро в растительных клетках.

• Открыл в 1827 беспорядочное движение малых (размерами в нескольких мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе, описал сложные зигзагообразные траектории.

Эйнштейн (Einstein) Альберт (14.III.1879–18.IV.1955)

• Физик-теоретик, один из основателей современной физики. Родился в Германии, с 1893 жил в Швейцарии, в 1933 эмигрировал в США. Создатель теории относительности, теории фотоэффекта и др. Нобелевская премия 1921 г.

В 1905 вышла в свет его первая серьезная научная работа, посвященная броуновскому движению: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории».

Смолуховский Мариан (28.5.1872 – 5.9.1917)

• Польский физик. Основные работы по молекулярной физике и термодинамике. Теоретически обосновал явление температурного скачка на границе газ – твердое тело, показал ограниченность классической трактовки второго начала термодинамики, установил законы флуктуаций равновесных состояний и др.

В 1905 – 06 гг. исходя из кинетического закона распределения энергии создал теорию броуновского движения, которая доказала справедливость кинетической теории теплоты.

Перрен (Perrin) Жан Батист (30.IX.1870–17.IV.1942)

• Французский физик. Доказал, что катодные лучи представляют собой поток заряженных частиц. Изучал электрокинетические явления и предложил прибор для исследования электроосмоса (1904). Установил бимолекулярную структуру тонких мыльных пленок. Совместно с сыном Ф. Перреном исследовал явления флуоресценции. Нобелевская премия (1926).

Работы Перрена по изучению броуновского движения явились экспериментальным подтверждением теории Эйнштейна–Смолуховского; они позволили Перрену получить значение числа Авогадро, хорошо согласующееся со значениями, полученными др. методами, и окончательно доказать реальность молекул.