Молекулалық-кинетикалық теорияның негiзгi ұғымдары

Молекулалық­кинетикалық теория негiздерi Орта мектептiң 10­сыныбына арналған электрондық оқулық § 1.1 Молекулалық­кинетикалық теорияның негiзгi ұғымдары  Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер жеке  бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде макроскоптық  денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн iлiмдi айтады.  Молекулалық­кинетикалық теория (МКТ) негiзi  мынадай үш қасиеттен тұрады:  1. барлық денелер бөлшектерден –  атомдардан, молекулалардан, оң және терiс  зарядталған иондардан – тұрады;  2. бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз  және бейберекет қозғалыста болады;  3. бөлшектер арасында өзара әсерлесу  1.1­сурет сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара гравитациялық әсерлесуi өте аз.  күштерi – тартылу және тебiлу күштерi бар. Ол күштер электрлiк Бұл тұжырымдардың ақиқаттылығы көптеген физикалық бақылаулар мен тәжiрибелер жүргiзу арқылы дәлелденген. МКТ­ның негiзгi көзқарастарына ең нақты дәлел бола алатын мысалдар:  броундық қозғалыс құбылысы (Броун);    молекулалық диффузия құбылысы;   қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен молекулалар  кескiнi. 1­шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың орналасуы (ақ дақтар),  ал 2­шi суретте кремний пластинасы бетiнiң микрофотографиясы келтiрiлген,  мұндағы дөңдер – кремнийдiң жеке атомдары.  1.2­сурет § 1.2 Молекуллар массасы мен өлшемi. Салыстырмалы молярлық және  молекулалық масса. Авогадро саны. Әртүрлi денелер молекуласының масса бiрлiгi ретiнде 12С көмiртегi изотобы атомының  mocмассасының 1/12 бөлiгi алынады. Ол атомдық масса бiрлiгi (а.м.б.) деп аталады және  мынаған тең:  1 а.м.б.=1,66∙10­27кг. (1.1)  Заттың салыстырмалы молекулалық массасы МR деп заттың бiр молекула m0  массасының көмiртегi атомы moc массасының 1/12 бөлiгiне қатынасын айтады:  (1.2)  ν Зат мөлшерi деп берiлген жүйенiң бөлшектерiнiң, құрылымдық элементерiнiң, санына  пропорционал   шаманы айтады. Оны моль арқылы жазу қабылданған. Массасы 0,012  12С көмiртегiнде қанша атом болса, сонша молекуладан (атомнан) тұратын зат мөлшерi бiр  моль деп аталады. Бұл сан Авогадро тұрақтысы деп аталады және NA арқылы  белгiленедi:  кг  NA   6∙10≈ 23 моль­1. (1.3)  Сәйкесiнше, кез келген заттың 1 молiнде атомдар саны мен молекулалар саны бiрдей  болады. Егер денедегi зат мөлшерi ν мольден тұрса, онда денедегi молекулалар N саны  мынаған тең:  N =   ∙ν NA. (1.4)  Заттың молярлық массасы М деп бiр моль мөлшерiнде алынған зат массасын айтады. Ол  бiр молекула массасының m0 Авогадро санына NA көбейтiндiсiне тең:  М = m0∙ NA кг/моль. (1.5)  Молярлық және молекулалық массалар арасында мынадай қарапайым байланыс бар:  М = 10­3 ∙Мr кг/моль. (1.6)  Кез келген зат мөлшерiнiң m массасы бiр молекуланың массасын денедегi молекулалар  санына көбейткенге тең:  m = m0∙ N кг. (1.7)  (1.5) және (1.7) формулаларын пайдаланып (1.4) өрнегiнен мынаны алу қиын емес:  ν = m / М және N = ν∙NA = NAA ∙m / M . (1.8) Бөлшектердiң массасымен өлшемдерiн қосымша тәжiрибелiк деректердi пайдалана отырып есептеуге болады. Жеке жағдайда, молекулалардың сызықты өлшемдерiн бағалауға  болады.  Молекуланың өлшемiн былайша анықтауға болады. Бiр молекуланың алатын V0 көлемi зат  V көлемiнiң, ондағы молекулалар N санына қатынасына тең: , мұнда ρ=m/V – заттың тығыздығы. Молекуланың  формасы радиусы r шар тәрiздес болсын. Сондықтан  . Осыдан:  Мысалы, су молекуласының радиусы мына шамаға тең:  (1.9)  . § 1.3 Молекулалар арасындағы өзара әсерлесу күштерi. Сұйық, газ тәрiздес  және қатты денелердiң құрылымы  Молекулалар қозғалыс кезiнде бiр­бiрiмен өзара тартылыс және тебiлiс әсерiнде болады.  1.3 суретте молекулалық өзара әсерлесу күштерiнiң таралуы молекулалар арасындығы r  арақашықтықтан тәуелдiлiгi келтiрiлген. Тартылу және тебiлу күштерi r­дан тәуелдiлiгi  әртүрлi, сондықтан олардың қорытқы күшi нөлден өзгеше. Белгiлi бiр r = r0 арақашықтықта тебiлу күшi арасында тепе­теңдiк орнайды. Молекулалардың диаметрiмен салыстырылатын бұл арақашықтық тепе­теңдiк жағдайына сәйкес келедi. r < r0 болғанда тебiлу күшi  тартылу күшiнен басым болады. Сондықтан молекулалар бiр­бiрiне ене алмайды. Олардың  арасындағы арақашықтық r > r0 өскен сайын, молекулалардың тартылуы тебiлуiн жеңе  бастaйды. Олардың ыршып кетуiне жол бермейдi. r >> r0 кезiнде, молекуларалық  күштердiң әсерi болмайды. 1.4 суретте молекулалардың Ep потенциалдық энергиясының r арақашықтықтан тәуелдiлiгi көрсетiлген. Орнықты тепе­теңдiк (r=r0) жағдайында өзара әсерлесетiн екi молекуладан тұратын жүйенiң потенциалдық энергиясы Ep0 минимумына жетедi. Ep0 шамасын потенциалдық шұңқырдың тереңдiгi деп аталады. Ek­ны Ep0­мен салыстыру заттың үш агрегаттық күйлерiн ажыратуға мүмкiндiк бередi: газ, сұйық, қатты күйi. Атап айтқанда: егер Ek >> Ep0, онда зат газ күйiнде, Ek