Основные положения МКТ и агрегатные состояния вещества | теория по физике 🧲 молекулярная физика, МКТ, газовые законы

Определение

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) — раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами), из которых состоит вещество.

Основные положения МКТ

? Все вещества состоят из молекул

Это было подтверждено с помощью фотографий, полученных с использованием электронного микроскопа.

? Между молекулами есть промежутки

Существование промежутков доказывают разные объемы жидкостей до смешивания и после нее. Так, объем смеси воды и спирта меньше суммы объемов воды и спирта до их смешивания.

При нагревании промежутки между молекулами увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются. Исключение составляет вода и резина. У воды промежутки между молекулами при охлаждении увеличиваются. У резины промежутки между молекулами при нагревании уменьшаются.

? Молекулы движутся

Движение молекул доказывает существование явления диффузии.

Определение

Диффузия — перемешивание веществ без постороннего воздействия.

Чем быстрее молекулы движутся, тем выше температура вещества. И наоборот. Поэтому скорость диффузии зависит от температуры вещества.

Броуновское движение — тепловое движение частиц под действием молекул вещества, в котором эти частицы взвешены.

?Молекулы взаимодействуют

Доказательством служит склеивание двух плоских стекол, смоченных водой. На расстоянии, сравнимых с размерами молекул, заметнее проявляется притяжение. При уменьшении расстояний заметнее проявляется отталкивание.

Свойства твердых, жидких и газообразных веществ

Агрегатное состояние вещества	Сохраняет объем	Сохраняет форму	Особые свойства
Твердое тело	+	+	—
Жидкость	+	—	Текучесть
Газ	—	—	Летучесть

Строение твердых, жидких и газообразных веществ

	Твердое тело	Жидкость	Газ
Строение
Расстояние между молекулами	Сравнимо с размером молекул	Чуть больше, чем в твердом состоянии	Многократно превышает размеры молекул
Характер движения	Колебательное	Скачкообразное	Хаотическое
Скорости молекул	Малы	Скорее малы	Огромны
Взаимодействие между молекулами	Наибольшее	Меньше, чем у твердых тел	Наименьшее

Важно! Химический состав молекул не зависит от агрегатного состояния.

Микроскопические параметры вещества

К микроскопическим параметрам вещества относят параметры одной частицы этого вещества.

Относительная атомная масса

Определение

Относительная атомная масса — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы (а.е.м.).

Относительная атомная масса обозначается A_r. Это безразмерная величина, определяющаяся как отношение массы атома данного элемента к 1⁄12 массе нейтрального атома изотопа углерода ¹²C:

$A_{r} = \frac{m_{0}}{\frac{1}{12} m_{0 C}}$

m₀ — масса одного атома, m_0С — масса атома углерода.

Внимание! Относительную атомную массу можно узнать из таблицы Менделеева.

Пример №1. Определить по таблице Менделеева относительную атомную массу хлора.

В таблице Менделеева относительная атомная масса указывается под названием химического элемента:

Видно, что A_r = 35,453 а.е.м. При решении задач это значение обычно округляют до 35,5 а.е.м.

Относительная молекулярная масса

Определение

Относительная молекулярная масса — масса молекулы, выраженная в а.е.м.

Относительная молекулярная масса обозначается M_r. Это безразмерная величина, равная сумме относительных масс атомов, входящих в состав молекулы:

$M_{r} = \sum A_{r}$

Пример №2. Определить относительную молекулярную массу озона.

В молекуле озона содержится 3 атома кислорода. Следовательно:

$M_{r} = 3 A_{r} = 16 \cdot 3 = 48 (а . е . м .)$

Количество вещества

Определение

Количество вещества — физическая величина, отображающая количество молекул (атомов) в веществе.

Количество вещества обозначается как ν («ню»). Единица измерения — моль.

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

Количество вещества определяется формулой:

$ν = \frac{N}{N_{A}}$

N — количество молекул (атомов) в веществе, N_A — количество частиц в одном моле вещества (постоянная Авогадро).

Единица измерения постоянной Авогадро — 1/моль, или моль^–1. В 1 моле содержится 6∙10²³ частиц вещества. Именно столько атомов содержит 1 моль (или 12 г) углерода.

Пример №3. В баллоне находится 3∙10²⁵ молекул газа. Определите количество вещества в баллоне.

$ν = \frac{N}{N_{A}} = \frac{3 \cdot 10^{25}}{6\cdot10^{23}} = 0, 5 ∙ 10^{2} = 50 (м о л ь)$

Молярная масса

Определение

Молярная масса — масса одного моля вещества.

Молярная масса обозначается как M. Единица измерения — килограмм на моль (кг/моль, но можно использовать и грамм на моль!). Численно молярная масса равна произведению относительной молекулярной массы на 10^–3 (только для килограмма!):

$M = M_{r} • 10^{- 3}$

Пример №4. Определить молярную массу озона.

Относительная молекулярная масса озона равна 48 а.е.м. Поэтому:

$M = M_{r} • 10^{- 3} = 48 • 10^{- 3} (\frac{к г}{м о л ь})$

Масса молекулы

Масса молекулы — масса одной молекулы вещества, выраженная в килограммах (кг).

Масса молекулы обозначается как m₀. Численно она равна отношению молярной массы к количеству частиц вещества в одном моле (или отношению массы вещества к количеству частиц, содержащихся в нем):

$m_{0} = \frac{M}{N_{A}} = \frac{m}{N}$

Отсюда отношение количества молекул к постоянной Авогадро равно отношению массы вещества к его молярной массе. Следовательно, количество вещества можно определить также формулой:

$ν = \frac{m}{M}$

Пример №5. Определить массу одной молекулы озона.

$m_{0} = \frac{M}{N_{A}} = \frac{48}{6 • 10^{23}} = 8 • 10^{- 23} (к г)$

Плотность, масса вещества и концентрация частиц

Определение

Плотность вещества — масса одного кубического метра вещества.

Плотность вещества обозначается как ρ. Единица измерения — килограммы на кубический метр (кг/м³). Численно плотность равна отношению массы вещества к объему, который оно занимает:

$ρ = \frac{m}{V}$

m — масса вещества, которое занимает объем V.

Определение

Концентрация частиц — физическая величина, равная отношению числа частиц к объему, который они занимают.

Концентрация частиц обозначается как n. Единица измерения — 1/м³. Определяется формулой:

$n = \frac{N}{V}$

Поэтому плотность можно выразить через объем, равный отношению числа частиц к концентрации этих частиц:

$ρ = \frac{m}{V} = \frac{m n}{N}$

При делении массы вещества на количество содержащихся в нем частиц мы получим массу одной частицы — m₀. Поэтому плотность вещества также равна:

$ρ = \frac{m n}{N} = m_{0} n$

Отсюда концентрация вещества также равна:

$n = \frac{ρ}{m_{0}}$

Масса вещества определяется произведением плотности вещества на его объем (или количеством вещества на молярную массу):

$m = ρ V = ν M$

Пример №6. Определить массу 5 молей озона.

$m = ν M = 5 • 48 {• 10}^{- 3} = 240 {• 10}^{- 3} = 0, 24 (к г)$

Через массу вещества можно также выразить количество этого вещества:

$ν = \frac{m}{M} = \frac{ρ V}{M}$

Количество атомов и молекул

Количество молекул N определяется произведением количества вещества на число частиц в одном моле или произведением концентрации частиц на объем вещества:

$N_{м о л} = ν N_{A} = n V$

Количество атомов в веществе выражается формулой:

$N_{а т о м} = k N_{м о л}$

k — количество атомов в одной молекуле.

Пример №7. В баллоне находится 4 моль газа. Сколько примерно молекул газа находится в баллоне?

$N_{м о л} = ν N_{A} = 4 ∙ 6 ∙ 10^{23} = 24 ∙ 10^{23} (м о л е к у л)$

Подсказки к задачам

Если двухатомный газ перешел в одноатомное состояние, то 1 моль газа превращается в 2 моля:

ν₂ = 2ν₁

Но молярная масса при этом уменьшается вдвое:

M₂ = 0,5M₁

Чтобы перевести плотность из г/см³ в кг/м³, нужно умножить ее значение в г/см³ на 1000:

1 г/см³∙1000 = 1 кг/м³

Если 1 каплю масла объемом V вылить в воду, и она растечется, образовав пленку толщиной в 1 молекулу и площадью S, то диаметр молекулы d будет равен:

$d = \frac{V}{S}$

Объем капли можно вычислить по формуле:

$V = \frac{m}{ρ}$

Площадь пятна:

$S = π R^{2} = \frac{π D^{2}}{4}$

Текст: Алиса Никитина, 8.4k 👀

Задание ЕГЭ-Ф-ДВ2023-20

Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.

При увеличении длины нити математического маятника период его колебаний уменьшается.
Явление диффузии протекает в твёрдых телах значительно медленнее, чем в жидкостях.
Сила Лоренца отклоняет положительно и отрицательно заряженные частицы, влетающие под углом к линиям индукции однородного магнитного поля, в противоположные стороны.
Дифракция рентгеновских лучей невозможна.
В процессе фотоэффекта с поверхности вещества под действием падающего света вылетают электроны.

Алгоритм решения:

1.Установить, как период колебаний изменяется с изменением длины математического маятника.

2.Установить, как зависит скорость протекания диффузии от агрегатного состояния вещества.

3.Установить, как действует сила Лоренца на заряженные частицы, которые влетают под углом к линиям индукции однородного магнитного поля.

4.Установить, возможна ли дифракция рентгеновских лучей.

5.Установить, как ведут себя электроны в процессе фотоэффекта.

6.Выбрать только верные утверждения и записать цифры, под которыми они располагаются, в порядке возрастания.

Решение:

Период колебаний математического маятника определяется формулой:

Видно, что период колебаний прямо пропорционален корню из длины нити математического маятника. Следовательно, с уменьшением длины нити период колебаний уменьшается. Получается, утверждение 1 неверно.

Явление диффузии характерно для веществ, находящихся в любых агрегатных состояниях. Оно протекает тем быстрее, чем больше расстояние между молекулами вещества. Следовательно, быстрее всего диффузия протекает в газах, медленнее — в жидкостях. Медленнее всего она протекает в твердых телах. Поэтому утверждение 2 верное.

Чтобы проверить 3 утверждение, вспомним правило левой руки, по которому можно определить направление силы Лоренца. Оно звучит следующим образом:

Если левую руку расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление скорости движения положительно заряженной частицы (или против движения отрицательного), тогда отогнутый на 90 градусов большой палец в плоскости ладони укажет направление силы Лоренца.

Если же направление силы Лоренца известно, но неизвестно, куда будет направлена скорость движения заряженной частицы, можем изменить это правило так:

Если левую руку расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, а отогнутый на 90 градусов большой палец в плоскости ладони указывал направление силы Лоренца, то четыре вытянутых пальца будут указывать направление скорости движения положительно заряженной частицы (или направление, обратно направлению движения отрицательной частицы).

Отсюда видно, что сила Лоренца действует на заряженные частицы по-разному — положительно заряженные частицы направляются в одну сторону, а отрицательно заряженные — в противоположную ей. Следовательно, утверждение 3 верно.

Дифракция — явление отклонения волн от их прямолинейного распространения. Оно характерно для любых волн, в том числе рентгеновских. Следовательно, утверждение 4 неверно.

Чтобы установить истинность 5 утверждения, нужно вспомнить лишь определение фотоэффекта:

Фотоэффект — это испускание электронов из вещества под действием падающего на него света.

Из определения видно, что действительно — под действием падающего света с поверхности вещества вылетают электроны. Следовательно, утверждение 5 верно.

Правильная последовательность цифр в ответе — 235.

Ответ: 235

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18524

Расстояние между молекулами вещества много больше размеров самих молекул. Двигаясь во всех направлениях, молекулы быстро распределяются по всему сосуду. В каком состоянии находится вещество?

Ответ:

а) в газообразном

б) в жидком

в) в твёрдом

г) в газообразном или жидком

Алгоритм решения

Выделить из описания параметры, характер которых может указывать на вид агрегатного состояния вещества.
Установить, какому агрегатному состоянию соответствуют указанные значения этих параметров.

Решение

В условиях задачи обозначается:

расстояние между молекулами вещества;
характер движения молекул;
свойство вещества, связанное с характером заполнения им сосуда.

Если расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул, то вещество находится в газообразном состоянии. Это подтверждают хаотичное движение молекул и способность вещества заполнять весь предоставленный ему объем.

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18208

Молекулы газов находятся в среднем на больших расстояниях друг от друга по сравнению с их размерами, силы взаимодействия между ними незначительны. Этим можно объяснить следующие свойства газов.

А. Газ не сохраняет своей формы.

Б. Газ не сохраняет своего объёма.

В. Газ имеет большую сжимаемость.

Какое(-ие) из утверждений правильно(-ы)?

Алгоритм решения

Установить, как влияет большое расстояние между молекулами на свойства газов.
Выбрать правильные варианты ответов и записать их в алфавитном порядке.

Решение

Так как между молекулами газа большое расстояние, они слабо взаимодействуют друг с другом. Практически полное отсутствие сил притяжения позволяет двигаться им хаотически, что способствует быстрому заполнению газом объема сосуда. Причем неважно, какой объем и какую форму имеет сосуд. Следовательно, верными ответами можно считать как А, так и Б.

Теперь проверим последний вариант. Газы действительно обладают большой сжимаемостью. Это можно объяснить тем, что отталкиваются молекулы при расстояниях, которые меньше размеров самих молекул. Но в газах это расстояние намного больше. Поэтому, прежде чем возникнет отталкивание, газ можно будет легко сжать в несколько раз. Следовательно, ответ В тоже верен.

Ответ: АБВ

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

ЕГЭ по физике

Вся теория

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •