Молекулярная физика - это раздел физики, в котором законы механики применимы не к каждой отдельной молекулы вещества, а к огромной их совокупности. При этом используются усредненные физические величины (средние скорость и энергия молекулы, средние плотность, давление и др.). Молекулярная физика изучает физические свойства веществ в различных агрегатных состояниях.
Основы молекулярнокінетичної теории. Броуновское движение
Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) вещества:
1) все тела состоят из частиц - молекул, атомов и ионов;
2) частицы находятся в непрерывном хаотическом движении;
3) между частицами любого тела существуют силы взаимодействия.
Одним из первых подтверждений положений МКТ стали опыты английского ботаника Роберта Броуна, проведенные в 1827 г. Рассматривая в микроскоп каплю воды, в которой содержался цветочная пыльца, ученый обнаружил беспорядочное движение частиц пыльцы. Потом Броун и его последователи наблюдали аналогичное движение других частиц (различных по размеру, с разных веществ, в том числе и неорганических).
Броуновское движение частиц объясняется некомпенсированными беспорядочными столкновениями с ними огромного количества невидимых в микроскоп молекул жидкости.
Понятие моля вещества и законы Авогадро рассматриваются и в химии.
Моль - единица количества вещества
. Моль - это количество вещества, которое содержит столько же структурных составляющих (например, атомов или молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.
По современным стандартом, химический элемент, из которого состоит вещество и которая названа здесь углеродом, получил название
Карбон. Из химии известно, что один и тот же элемент может существовать в виде нескольких изотопов (нуклидов); выше говорилось о Карбон
.
Итальянский физик и химик Амедео Авогадро в 1811 г. обнаружил, что различные газы, которые занимают одинаковый объем при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул. В одном моле число (
стала Авогадро) равна:
. Кроме того, Авогадро доказал, что при нормальных значений давления и температуры моль любого газа занимает одинаковый объем
. Если обозначить массу одного моля M, то масса одной молекулы:
.
Пример: масса молекулы кислорода
.
Значение
M находят, пользуясь таблицей Менделеева, а если вещество не атомарная, то еще и формулой вещества. Например:
,
,
.
Оценивая размер некоторой молекулы, будем считать, что молекула представляет собой маленькую, плотно упакованную шарик, тогда ее объем равен
. Из формулы плотности вещества
следует:
.
Для одной молекулы
.
Отсюда для молекулы воды:
Таким образом, молекулы настолько малы, что с помощью оптических микроскопов увидеть их нельзя.