Молекулярна фізика — основні положення, формули, закони

Серед учнів хімічних класів найпростішими вважаються завдання з молекулярної фізики.

Часто вони зводяться до визначення масових або швидкісних характеристик частинок, а також складних величин, що вимагають попередніх розрахунків маси молекули і її швидкості.

Що вивчає молекулярна фізика

Молекулярна фізика належить до розділу науки, яка вивчає речовини на рівні їх мікроскопічної будови.

Відповідно до неї існує три агрегатних стани речовини

• газоподібний;
• твердий;
• рідкий.

Пояснення процесів переходу речовин знаходиться в підрозділі загальної молекулярної фізики, званому молекулярно-кінетичною теорією (МКТ). Вона покликана висвітлити питання будови і властивостей тіл через інформацію про рух і взаємодію складових частинок матерії.

Основи молекулярної фізики

Молекулярно-кінетична теорія (МКТ) пояснює появу і розвиток явищ теплового характеру всередині складних тіл, а також їх властивості в рамках будови молекули.

До основних положень МКТ відносять наступні:

• між усіма частинками тіл існують проміжки;
• для всіх складових частинок тіл характерно безперервний хаотичний рух молекул;
• кожна частинка взаємодіє з сусідньою.

Після проведених досліджень вчені встановили, що найменшою неподільною часткою речовини є атом розміром 0,1 нм, заряд якого дорівнює нулю.

Якщо розглядати дану частинку з точки зору хімічної фізики, то в її будові виділяють атомне ядро і електрони, що обертаються навколо ядра по певних орбітах. Ядро об’єднує нейтрони і протони. З’єднуючись між собою, атоми утворюють молекулу.

Молекула – це сукупність атомів як одного виду, так і різних, що володіють електронейтральністю.

Розмір молекули – 0,1 нм-100 нм.

Велика кількість молекул, об’єднуючись між собою, утворюють макроскопічні тіла. Вони характеризують стан тіл, не враховуючи їх молекулярну будову.

Здатність атомів або частинок до хаотичного руху називається тепловим рухом.

Попри всю безладність процесу, всі молекули можна розподілити по швидкостях за заданими закономірностями – графіком розподілу Максвелла.

Згідно з ним, в умовах постійної температури в системі знаходяться частинки, що рухаються з різними швидкостями – одні швидше, інші повільніше. При цьому найбільша частина з них рухається з однаковою швидкістю, що має назву найбільш вірогідної.

Відповідно до основ термодинаміки, при підвищенні температури системи ззовні, передана енергія переходить до молекул, прискорюючи їх.

Основні формули молекулярної фізики

До основних формул молекулярної кінетичної теорії відносять такі розрахунки:

• Розрахунок відносної молекулярної маси речовини (Mr):

Масу водневої частинки можна визначити, подвоївши масове значення атома водню, оскільки до складу молекули входить два атоми. Відповідно, її значення дорівнюватиме 6,68 *10^-27 кг;

• Проведення розрахунків з визначення кількості речовини, що чисельно рівне числу молекул (N) в окремо взятому об’єкті до числа всіх атомів (Na) в 12*10^-3 кг вуглецю (С):

Na – постійна Авагадро, чисельно рівна 6.02 * 10²³ моль^-1.

3. Проведення розрахунків з визначення молярної маси речовини:

Одиниця виміру – кг/моль.

Основним рівнянням молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу є наступне:

Воно показує взаємозв’язок між тиском p (макроскопічної вимірюваної величиною), швидкістю молекул і їх концентрацією (мікроскопічні величини).