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
УчительКононов Геннадий Григорьевич
СОШ № 29 Славянский район
Краснодарского края
Слайд 2
Тема урока. Микропараметры вещества
1. Молекулярная физика
1.1. Основы МКТ
План урока
2. Размеры молекул.
3. Число молекул.
4. Масса молекулы.
5. Количество вещества.
6. Молярная масса.
7. Формулы.
1. Микро- и макропараметры.
Слайд 3
СОЗДАТЕЛИ АТОМНОЙ ТЕОРИИ
Джон Дмитрий
Дальтон Менделеев
Амедео Эрнест
Авогадро Резерфорд
Слайд 4
Микропараметры вещества характеризуют каждую частицу вещества в отдельности, в отличие от макропараметров, характеризующих вещество в целом.
К микропараметрам вещества относятся: размеры молекул, масса молекулы, количество вещества (так как отражает количество структурных единиц в веществе), молярная масса и др.
К макропараметрам относятся: давление, объем тела, масса вещества, температура и др.
При изучении строения вещества перед исследователями открылся новый мир – мир мельчайших частиц, микромир. Любое тело, которое в механике рассматривается как целое тело, оказывается сложной системой громадного числа непрерывно движущихся частиц.
Микро- и макропараметры
Слайд 5
Основные положения МКТ
Все тела состоят из малых частиц, между которыми есть промежутки.
Частицы тел постоянно и беспорядочно движутся.
Частицы тел взаимодействуют друг с другом: притягиваются и отталкиваются.
Слайд 6
ПЕРВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, атомов, ионов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.
Слайд 7
ВТОРОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
Траектория одной частицы
Движение Движение
молекул молекул
газа твердых тел
Слайд 8
ТРЕТЬЕ ПОЛОЖЕНИЕ
Частицы взаимодействуют
друг с другом силами,
имеющими электрическую
природу. Гравитационное
взаимодействие между
частицами пренебрежимо
Слайд 9
ОПЫТНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ
I положение
1. Дробление вещества
2. Испарение жидкостей
3. Расширение тел при нагревании
Слайд 10
II положение
1. Диффузия – перемешивание молекул
разных веществ
2.Броуновское движение – движение взвешенных в жидкости частиц
Слайд 11
III положение
Силы упругости
Прилипание свинцовых цилиндров
Смачивание
Поверхностное натяжение
Слайд 12
ОЦЕНКА РАЗМЕРОВ МОЛЕКУЛ
Слайд 13
Количество вещества
В единице массы, 1 килограмме вещества, находится разное количество структурных единиц – атомов, молекул. Зависит это количество частиц от рода вещества.
А в единице количества вещества - 1 моле, находится
одинаковоеколичество частиц.
Алюминий
N=2,21025 атомов
N=31024 атомов
N=3,31025 молекул
N = 61023 атомов
N = 61023 атомов
N = 61023 молекул
Алюминий
Слайд 14
КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА
В молекулярно-кинетической теории количество веществапринято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называетсямолем(моль).
Моль– это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C.
Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества М r называют отношение массы молекулы (или атома) m 0 данного вещества к 1/12 массы атома углерода m 0C M r (Н 2 О) = 2·1+16=18 (а.е.м.) Вычислим M r воды Н 2 О (для этого воспользуемся таблицей Менделеева)Менделеева Атомная единица массы (а.е.м.) 1,66· кг
Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 12 г. 1 моль любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Это число атомов обозначают N A и называют постоянной Авогадро в честь итальянского ученого (XIX в.). N A = 6·10 23 моль -1
4. Таким образом давление газа на стенку: P = = _______ Это уравнение, выведенное впервые немецким физиком Р. Клаузиусом, называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Оно устанавливает связь между микроскопическими параметрами и макроскопическими (измеряемыми) величинами.
К макроскопическим параметрам относят: ___ (________), ___ (_________) Тепловое равновесие – это … Температура характеризует степень … Температуру измеряют при помощи … Стр Шкалу цельсия (С) определяют по двум точкам: …
Стр Опыт: Выводы: При 0С: При 100С:
Задача. Дано:Решение: Ответ: шт.
Стр Экспериментальное подтверждение формулы: опыт Штерна (1920 г.)
Опрос по итогам урока: 1. Как изменится средняя квадратичная скорость движения молекул при увеличении температуры в 4 раза? 2. Какие молекулы в атмосфере движутся быстрее: молекулы азота или кислорода? Почему? 3. Чему равен абсолютный нуль по шкале Цельсия? 4. Как связаны объём, давление и число молекул различных газов при тепловом равновесии?
Следствие: - уравнение Клапейрона R – универсальная газовая постоянная Задача, 928
Физический диктант 1 вариант2 вариант
Динамическое равновесие - состояние, при котором _______ Насыщенный пар – пар, _______ Концентрация ________ насыщенного _____ при постоянной ________ не зависит от его ____ Т. к. p=nkT, то давление ________ пара _____________ от занимаемого им объёма. Давление насыщенного пара (p н.п.) – такое давление пара, при котором ______ находится в равновесии со своим _________.
Критическая температура – максимальная _____, при которой _____ превратиться в __ P н.п. при 100С равно Па (760 мм.рт.ст.) Давление смеси: Компоненты
Испарение. Конденсация. Кипение. Парообразование – явление превращения жидкости в пар. И. - парообразование с поверхности жидкости, сопровождающееся поглощением энергии. Зависит от: Температура (tC - И.) Площадь поверхности жидкости Род жидкости К. - парообразование по всему объёму жидкости при определенной tC (температуре кипения). Во время кипения температура не меняется! (t=const)
При испарении вылетают только быстрые молекулы, способные преодолеть притяжение других молекул, температура понижается (tC). tкип зависит от давления окружающей среды и наличия примесей. Внутри пузырька – насыщенный пар, т.е. давление Pпар= Рводы. t Pпар Vпузырь Fa всплывает Примеры: «Дуем на чай», «мокрому холодно». Примеры: «Соль кладут после закипания», «в горах вода кипит при 80 С».
§Влажность воздуха Зачем о ней знать? Книги Ткани ПродуктыЭлектро- приборы и др. Влажность воздуха – это содержание водяных паров в атмосфере. За 1 год с поверхности Земли испаряется миллиардов тонн воды! Парциальное давление воды P – давление, производимое водяными парами в общем атмосферном давлении.
Абсолютная влажность – количество водяных паров в единице объёма (плотность вод. паров) Относительная влажность – отношение абсол. влажности ρ к плотности ρ 0 насыщенного пара при данной температуре, выраженной в %. P – парциальное давление P 0 – давление насыщенного пара. P 0 и ρ 0 находят по таблице
«Моно»- один. Монокристалл - твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку Примером монокристаллов являются широко распространенные шестигранные кристаллы кварца. Реже встречаются кристаллы алмаза, турмалина и др. Все они имеют характерную форму многогранников h ttp:// /…
Анизотропия -зависимость физических свойств вещества от направления В плоскости А частиц много, они расположены близко друг к другусильное взаимодействие. В плоскости В частиц меньше, расстояние между ними большевзаимодействуют частицы плоскости между собой слабо
Графит и алмаз состоят из углерода …
Сапфир (корунд) содержит примеси титана и железа На сапфирах формируют микросхемы
Уступая среди природных минералов только алмазу, сапфир обладает исключительно высокой твердостью- 9 баллов по шкале твердости из возможных 10. С помощью порошков из сапфира можно сверлить, полировать, точить камень и металл
Алмаз – самое твердое творение природы Около 80% всех добываемых алмазов применяется в промышленности
Благодаря своей твердости алмазы используются для обработки сверхтвердых материалов, при разведке и добыче полезных ископаемых. До 1430 года бриллианты не использовались в качестве украшений. Законодательницей моды на них стала француженка Агнесса Сорель. …
Среди драгоценных камней рубин занимает по своей прочности второе место после алмаза Некоторые образцы рубина, отличающиеся особой чистотой окраски, ценятся даже дороже алмазов такого же веса …
Благодаря своей высокой твердости, рубин широко применяется в промышленности. С помощью рубина можно получить интенсивный красный пучок света в миллионы раз ярче солнечного. Лазеры на рубине используются в научных исследованиях для зондирования атмосферы …
Кристалл изумруда Окраска зависит от содержания оксида хрома … …
Месторождения изумрудов немногочисленны. В древнем мире добыча велась только в Египте. Одними из лучших считаются в наше время копи в горах Копи в горах Колумбии, которые испанские завоеватели захватили в 16 веке. …
Поликристалл - твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов … В природе чаще встречаются беспорядочно сросшиеся между собой монокристаллы. Примерами поликристаллов являются: каменная соль (рис. 1), кварц (рис. 2), сахар, лед, железо, медь.
Среди тел, которые принято считать твердыми потому, что они сохраняют форму и объем и обладают прочностью, есть и такие, которые существенно отличаются от кристаллов. Частицы в них расположены в таком же беспорядке, как и в жидкости. К аморфным телам относятся стекло, смола, канифоль, пластмасс. …
КристаллыАморфные тела Частицы расположены упорядоченно, строго определенным образом Нет порядка в расположении частиц. Частицы совершают «перескоки» Плавление при определенной температуре Не имеют определенной температуры плавления АнизотропныИзотропны Имеют характерную форму многогранников Не имеют правильной огранки
Жидкие кристаллы вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре они представляют собой жидкости, похожие на желе, состоящие из молекул вытянутой формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости Внешнее состояние жидких кристаллов при нагревании может изменяться от твердого до жидкокристаллического и полностью переходить в жидкую форму при дальнейшем повышении температуры.
Применение жидких кристаллов Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль. С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ информационная техника. В настоящее время цветные жидкокристаллические экраны используются в сотовых телефонах, мониторах и телевизорах. Они обладают малой толщиной, малой потребляемой мощностью, высоким разрешением и яркостью. …
Первый в мире минералогический заповедник был создан по инициативе B. И. Вернадского, H. M. Федоровского и A. E. Ферсмана на Урале (в Ильменских горах, около города Миасс) в первые годы Советской власти …
Площадь заповедника 303,7 км² Длина Ильменского хребта с севера на юг 41 км. Самая высокая вершина гора Ильментау (747,3 м) Гидрологическая сеть Заповедника составляет 9 % от территории В заповеднике озёр 30 Самое глубокое озеро Большой Кисегач 34 м Самая длинная речка Б. Черемшанка 9,8 км Минералы, горные породы Минералов 264 Впервые в мире открыты в Ильменах 16 Горные породы свыше 70 Копи свыше 400
Россия, год 1842, 8 октября. На прииске Царево - Александровский близ города Миасс, что на Южном Урале, найден самородок золота весом 36 кг 16 г. Ныне "Большой треугольник" - так назвали уникальный экземпляр - можно увидеть в Алмазном фонде Московского Кремля. Он считается самым крупным, из сохранившихся в мире. На сколько градусов он нагреется, если получит Дж тепла? Удельная теплоемкость золота 0,13 кДж/(кг К). Ответ: на 4 °С. …
В 1813 году на одном из притоков уральской реки "Исети", где разрабатывались бедные золотоносные кварцевые жилы, малолетняя девчушка Катя Богданова нашла большой самородок платины и принесла его приказчику. Какова масса платинового самородка, найденного на Урале в 1904 г., если для его нагревания на 20 °С потребовалось бы Дж энергии? Удельная теплоемкость платины 0,14 кДж/(кг * К). Ответ: 8,395 кг.
1.На какие три вида по характеру расположения частиц делят твердые тела? Чем определяется принадлежность твердых тел к одному из этих видов? 2.В чем отличие моно- и поликристаллов? 3.Какие тела относят к аморфным? 4.Древесина анизотропна. Является ли она кристаллическим телом? 5.Возникла ли бы профессия стеклодува, если бы стекло было кристаллическим телом, а не аморфным?
1.Кубик из стекла и кубик, вырезанный из монокристалла кварца, опущены в горячую воду. Сохранят ли кубики свою форму? 2.Кубик, вырезанный из монокристалла может превратиться в параллелепипед. Почему это возможно? 3.Можно десять тысяч раз уронить железный таз, а фарфоровую вазу уронить нельзя ни разу. Ведь на десять тысяч раз нужно десять тысяч ваз. Почему? …
