Первоначальные сведения о строении вещества

На фундаменте, заложенном Ломоносовым, Больцманом, Клаузиусом и другими, было дано первое описание микроструктуры различных тел. Благодаря их теории строения вещества ученым удалось объяснить целый ряда явлений (диффузия, теплопроводность и др.), что привело к научной и промышленной революции.

Основы

Три опорных факта составили первоначальные сведения о строении вещества. Приведем их:

  • Всякие тела (газы, жидкости, кристаллы, аморфные тела) состоят из молекул и атомов. Позднее Фарадеем было введено понятие ионов – положительно (катионы) или отрицательно (анионы) заряженных частиц, которые могут состоять из одного или более атомов.
  • Частицы, из которых состоят тела, обладают кинетической энергией и пребывают в состоянии постоянного движения (для газов и жидкостей – хаотическое движение, для твердых тел – малые колебания).
  • Частицы взаимодействуют друг с другом, притягивают друг друга и отталкивают, испытывают упругие соударения. Позднее все взаимодействия рассматривали как электромагнитные.

Броуновское движение

Рис. 1. Броуновское движение.

К этим идеям пришли не умозрительно, а через опыт. Броуновское движение взвешенных частиц под воздействием ударов молекул, диффузия газов и жидкостей, изменение объема веществ в результате нагревания или остывания и так далее. Изначально атомы представляли некими мельчайшими частицами, «шариками». Вопрос о размерах и весе был снят еще в середине 19-го века, когда обнаружили электрон – частицу, которая была легче водорода в 1840 раз. Но об их структуре представления так или иначе не было. Несмотря на это Менделееву удалось создать периодическую систему элементов, уточнить атомные массы многих веществ (урана, бериллия и других).

Большой вклад в развитие теории внесли Фарадей (объяснил электролиз) и Максвелл (оценил средний пробег молекул газа, заложил основы статистической механики).

Об атомах знали также, что они могут объединяться между собой. Два и более атомов, объединенных в общую структуру, и есть молекула. Если атомы разные, то вещество называли сложными, если одинаковые – простым.

Молекулы сложных веществ

Рис. 2. Молекулы сложных веществ.

На основе этих представлений были объяснены различия в строении между твердыми, жидкими и газообразными телами. Твердые тела описали как упорядоченные плотные пачки колеблющихся атомов, соединенных жесткой связью (электростатическое взаимодействие), а жидкости и газы – как облако беспорядочно движущихся частиц (но в газах расстояние между ними много больше их собственных размеров).

Строение твердых тел

Рис. 3. Строение твердых тел.

Ключевые формулы МКТ

В молекулярно-кинетической теории связь между параметрами идеального газа устанавливается следующим уравнением:

$p = \frac {1}{3} \cdot m_0 \cdot n \cdot v^2$, где p – давление, $m_0$ – масса молекулы, n – концентрация газа, $v$ – средняя квадратичная скорость молекул.

Для нахождения $v$ пользуются специальной формулой:

$v = \sqrt{\frac {3 \cdot R \cdot T}{M}}$, где R – универсальная газовая постоянная, T – температура газа, M – молярная масса молекул.

Из этих уравнения устанавливаются некоторые принципы теории газов. Например, зависимость давления от скорости движения молекул. В свою очередь, от движения зависит и температура газа. Таким образом, делается важнейшее заключение: температура есть мера средней кинетической энергии молекул.

Что мы узнали?

В ходе урока установили опорные факты, на основе которых строилась первоначальная теория о строении вещества. Рассмотрели опыты, доказывающие эти положения, а также вкратце (поскольку МКТ – тема отдельного урока) разобрали ключевые формулы теории газов.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 211.

Предметы