Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
водорода и один моль атомов кислорода, или 10 моль протонов, В моль
нейтронов и 10 моль электронов (молекулы тяжелой воды и изотопы не
учитываются).
В молекулярной физике пользуются также понятием молярной массы, которая
определяется как масса одного моля вещества:
= тлмол.Л/д, (1-5)
где тмол - масса молекулы. Молярная масса выражается в килограммах на
моль (кг/моль). С учетом (1.2) и (1.4) формула (1.5) принимает вид
М = тмол • 10 3/ти = 10-3 Мг кг/моль, (1.6)
где М, - безразмерная относительная масса, определенная в (1.2).
В частности, молярная масса вещества, состоящего из изотопов углерода
12С, равна 12 • 10"3 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 дефект масс малы.
9 Агрегатное состояние вещества определяется соотношением между средней
кинетической и средней потенциальной
энергией взаимодействия молекул: у газов средняя кинетическая энергия
много больше абсолютного значения средней потенциальной энергии
взаимодействия молекул, у жидкостей они примерно равны, а у твердых тел
абсо-
лютное значение средней потенциальной энергии взаимо-
действия молекул много больше их средней кинетической энергии. (Помните,
потенциальная энергия взаимодействия при притяжении отрицательна!)
14 1. Статистический метод
Число v молей связано с числом п структурных элементов (молекул)
некоторого количества вещества формулой
v = n/NA. (1.7)
Умножая числитель и знаменатель правой части (1.7) на массу молекулы и
принимая во внимание, что тмолп = т - масса вещества, с учетом (1.5)
находим v = т/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 есть просто
констатация того факта, что атомы и молекулы занимают какое-то место в
пространстве и, следовательно, препятствуют другим атомам и 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. Окончательный результат противоборства этих двух тенденций зависит
от их относительной интенсивности. Если тенденция к разъединению много
интенсивнее тенденции к 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 и
молекул много больше суммарной потенциальной энергии их 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
строении, движении и взаимодействии молекул составляет предмет
молекулярно-кинетической теории строения вещества. Она 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 выглядит так:
§ 1. Методы рассмотрения систем многих частиц 15
В твердом состоянии молекулы и атомы сильно сцеплены друг с другом.
Вещество в твердом состоянии сохраняет как форму, так и объем. При
деформации (изменении формы или объема) возникают силы, стремящиеся
восстановить и форму, и объем. Молекулы или атомы твердого тела
