Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
302
как суммарный результат действия молекул. При этом она пользуется статистическим методом, интересуясь не движением отдельных молекул, а лишь такими сред* ними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда другое ее назва-* ние — статистическая физика.
Изучением различных свойств тел и изменений состояния вещества занимается также термодинамика. Однако в отличие от молекулярно-кинетической теории термодинамика изучает макроскопические свойства тел и явлений природы, не интересуясь их микроскопической картиной. He вводя в рассмотрение молекулы и атомы, не входя в микроскопическое рассмотрение процессов, термодинамика позволяет делать целый ряд выводов относительно их протекания.
В основе термодинамики лежит несколько фундаментальных законов (называемых началами термодинамики), установленных на основании обобщения большой совокупности опытных фактов. В силу этого выводы термодинамики имеют весьма общий характер.
Подходя к рассмотрению изменений состояния вещества с различных точек зрения, термодинамика и молекулярно-кинетическая теория взаимно дополняют друг друга, образуя по существу одно целое.
Обращаясь к истории развития молекулярно-кинетических представлений, следует прежде всего отметить, что представления об атомистическом строении вещества были высказаны еще древними греками. Однако у древних греков эти идеи были не более чем гениальной догадкой. В XVII в. атомистика возрождается вновь, но уже не как догадка, а как научная гипотеза. Особенное развитие эта гипотеза получила в трудах гениаль-ного русского ученого и мыслителя М. В. Ломоносова (1711—1765), который предпринял попытку дать единую картину всех известных в его время физических и химических явлений. При этом он исходил из корпускулярного (по современной терминологии — молекулярного) представления о строении материи. Восставая против господствовавшей в его время теории теплорода (гипотетической тепловой жидкости, содержание которой в теле определяет степень его нагретости), Ломоносов «причину, тепла» видит во вращательном движении частиц тела. Таким образом, Ломоносовым были по
303
существу сформулированы молекулярно-кинетические представления.
Во второй половине XIX в. и в начале XX в. благодаря трудам ряда ученых атомистика превратилась в научную теорию.
§ 92. Масса и размеры молекул
Для характеристики масс атомов и молекул применяются величины, получившие название атомный вес и молекулярный вес (очевидно, правильнее было бы их называть атомной и молекулярной массой).
Атомным весом (А) химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к V12 массы атома С12 (так обозначается изотоп углерода с массовым числом 12; см. «Атомную физику»). Молекулярным весом (M) вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к V12 массы атома С’2. Определяемая таким образом шкала масс атомов и молекул называется шкалой С12 = 12 1J. По этой шкале атомный вес C12 равен точно 12, кислорода О16—15,9949, а самого легкого из элементов, водорода, 1,0080 (для природной смеси изотопов). Как следует из их определения, атомный и молекулярный веса — безразмерные величины.
Единица массы, равна 1A2 массы атома С12 сокращенно обозначается латинской буквой «и» (unit) или русской буквой «е» (единица). Обозначим величину этой единицы, выраженную в килограммах, через тса. Тогда масса атома, выраженная в килограммах, будет равна Ameд, а масса молекулы Mmen.
Легко сообразить, что два химически простых вещества, взятых в таких количествах, что их массы Inl и m2 относятся как атомные веса Ai и А% будут содержать по одинаковому числу атомов. Аналогично два
') Прежде применялась шкала О16 = 16, по которой атомный вес О16 (изотопа кислорода с массовым числом 16) равен точно 16. Однако О16 неудобен для масс-спектрографического сравнения с массами других атомов и молекул. Весьма удобен для этой цели одик из изотопов углерода. Поэтому состоявшаяся в 1960 г. X Генеральная ассамблея Международного союза чистой и прикладной физики (ЮПАП) рекомендовала шкалу С12 = 12. В связи с этим АН СССР приняла решение о переходе к новой шкале атомных и молекулярных весов.
304
химически сложных вещества, взятых в таких количествах, что их массы относятся как молекулярные веса, будут содержать по одинаковому числу молекул.
Такое количество данного элемента, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его атомному весу, называют к и л о г р а м м - а т о м о м. Tакое количество данного вещества, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его молекулярному весу, называется килограмм-молекулой или кратко кило моле м (обозначается кмоль).
В СГС — системе вместо килограмм-атома пользуются грамм-атомом (представляющим собой А граммов данного элемента), а вместо килограмм-молекулы — грамм-молекулой, или молем (который представляет собой Af граммов данного вещества).
Масса килограмм-молекулы р численно равна молекулярному весу М. Это служит причиной того, что р. иногда называют молекулярным весом. Однако следует иметь в виду, что, в то время как M — величина безразмерная, масса киломоля р имеет размерность кг/кмвль. Очевидно, что, рассматривая атомы как одноатомные молекулы, килограмм-атом можно считать килограмм-молекулой, для которой р численно равна А.
