Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
МА МГ МЕ МИ МЛ МН МО МУ МЫ МЯ

Молеку-лярно-кинетическая теория

 
Молеку-лярно-кинетическая теория наиболее глубоко и стройно разработана в настоящее время применительно к газам, поскольку свойства газов проще, чем твердых и жидких тел.
При выводе основного уравнения молеку-лярно-кинетической теории газов и мак-свелловского распределения молекул по скоростям предполагалось, что на молекулы газа внешние силы не действуют, поэтому молекулы равномерно распределены по объему. Однако молекулы любого газа находятся в потенциальном поле тяготения Земли. Тяготение, с одной стороны, и тепловое движение молекул - с другой, приводят к некоторому стационарному состоянию газа, при котором давление газа с высотой убывает.
Уравнение (24.1) называют основным уравнением молеку-лярно-кинетической теории.
Механизм процесса парообразования с точки зрения молеку-лярно-кинетической теории заключается в следующем. Молеку-лы жидкости, находящиеся вблизи поверхности и обладающие в данный момент наибольшей скоростью, вылетают в пространство над жидкостью, освобождаясь от притяжения остальных молекул, и становятся свободными. Каждая испаряющаяся молеку-ла затрачивает некоторое количество тепловой энергии, подводимой извне, на преодоление сил сцепления в жидкости и сопротивление внешнему давлению. Количество тепла, затрачиваемое при данной температуре, характеризуется скрытой теплотой испарения. С повышением температуры скрытая теплота испарения уменьшается и при критической температуре становится равной нулю. Наоборот, с понижением температуры скрытая теплота испарения возрастает.
Современное представление о температуре исходит из молеку-лярно-кинетической теории, по которой температура прямо пропорциональна кинетической энергии хаотически двигающихся молекул вещества. Пока не удается измерить абсолютную величину этой энергии, поэтому ю величине температуры судят по изменению некоторых физических величин. Это изменение должно быть независимо от других факторов, строго воспроизводиться, изменяться непрерывно и монотонно и иметь достаточно большой температурный коэффициент.
Это явление естественно объясняется на основе молеку-лярно-кинетической теории. Дело в том, что молекулы обоих гааов, двигаясь беспорядочно и сталкиваясь друге другом, попадают в промежутки между соседними молекулами, что приводит к проникновению одного газа в другой. Постепенно возникает смесь двух газов с одинаковой концентрацией обоих сортов молекул.
Теоретически это уравнение выводится на основе молеку-лярно-кинетической теории газов при пренебрежении силами взаимного притяжения между молекулами и объемом, занимаемым самими молекулами, по сравнению с объемом газа. В природе таких газов нет. В газах всегда имеются силы взаимного притяжения, а молекулы имеют вполне определенный объем.
Приведенный пример показывает, что применение молеку-лярно-кинетической теории идеального газа к химическим процессам связано с рядом затруднений. В рамках кинетической теории возможны два пути преодоления этих затруднений.
Второй ступенью будет ознакомление с температурой в молеку-лярно-кинетической теории, где данное нами определение температуры выступит в новом свете ( см. гл.
Один из вариантов вечного двигателя второго рода. Таким образом, с точки зрения представлений молеку-лярно-кинетической теории второй закон термодинамики утверждает то, что в природе в макроскопических системах процессы развиваются в таком направлении, когда менее вероятные состояния системы заменяются на более вероятные. Такая интерпретация второго закона термодинамики была впервые предложена Больцманом.
Перенос молекул через ного из ДВУХ газов пролетающих площадку AS. через площадку Д5 ( 137. Рассмотрим теперь явление диффузии с точки зрения молеку-лярно-кинетической теории газов. Для простоты рассмотрим два различных, взаимно проникающих газа, со столь сходными молекулами, что их массы и эффективные сечения можно считать равными друг другу.
Величина 20 может быть вычислена по уравнениям молеку-лярно-кинетической теории газов.
Рассмотрим, какой ответ на поставленный вопрос дает молеку-лярно-кинетическая теория для идеального и реального газов.

Если же сравнить этот результат, полученный на основании молеку-лярно-кинетической теории, с экспериментально установленным уравнением состояния идеального газа ( уравнение 3 - 8), можно сделать вывод, что кинетическая энергия 1 моля газа пропорциональна его температуре. Но представляет интерес воспользоваться этим выводом, наоборот, для того, чтобы осмыслить понятие температуры газа. Абсолютная температура Г газа - не что иное, как проявление кинетической энергии газовых молекул, точнее температура - это мера среднеквадратичной скорости молекул.
Распределения по скоростям молекул газообразного азота при трех различных температурах. Чем выше температура, тем больше средняя скорость молекул. но при этом число молекул, имеющих среднюю скорость, уменьшается, а распределение молекул по скоростям становится более широким. Математические уравнения этих кривых могут быть выведены на основании молеку-лярно-кинетической теории газов при помощи статистических, или вероятностных, соображений. Однако рис. 3 - 11 также показывает, что при этом распределение по скоростям становится более широким. При повышении температуры диапазон возможных скоростей молекул заметно возрастает, а относительное число молекул со скоростями, близкими к среднеквадратичной, уменьшается.
Однако современный уровень знаний о термодинамических свойствах индивидуальных веществ, молеку-лярно-кинетическая теория и развитие вычислительной техники позволяют поставить задачу расчета равновесных свойств произвольных по исходному составу смесей. В предлагаемой работе на основе развитых ранее методов определения свойств многокомпонентных идеальных газовых смесей [1, 2] и общих термодинамических соотношений [7, 8] предложен универсальный метод расчета равновесного состава и свойств неидеальных смесей, удобный для реализации на ЭЦВМ.
Схема газового термометра. Напротив, закон Гей-Люссака для идеального газа теоретически может быть установлен на основании молеку-лярно-кинетической теории идеального газа до практического установления шкалы температур и благодаря этому он может быть использован для создания температурной шкалы.
Таким образом, одной из фундаментальных проблем современной физики является экспериментальное изучение сложных агрегатных состояний и построение молеку-лярно-кинетической теории этих состояний.
Результаты расчетов а) и б) сильно отличаются друг от друга, потому что результат вычисления теплоемкости при помощи молеку-лярно-кинетической теории для СО2 оказывается очень неточным.
Возвращаясь теперь к противоречиям между молекулярно-кинетической теорией и механикой, мы должны на основании анализа двух видов закономерностей установить, что молеку-лярно-кинетическая теория не является механической теорией. Хотя поведение отдельной молекулы подчиняется динамическим законам механики, в макросистеме ( газе) проявляются статистические закономерности.
Способность газов неограниченно расширяться, упругость газов, жидкостей и твердых тел, способность к взаимному проникновению тел путем диффузии можно объяснить, если принять следующие положения молеку-лярно-кинетической теории строения вещества: вещество состоит из частиц - атомов и молекул; эти частицы хаотически движутся; частицы взаимодействуют друг с другом.
Атомы также не являются пределом делимости вещества, а представляют собой весьма сложные образования, состоящие из электрически положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженной электронной оболочкой. Однако классическая молеку-лярно-кинетическая теория не касается вопроса о строении атомов, рассматривая их упрощенно как твердые частички сферической формы.
Процесс роста кристаллов рассматривается как последовательное образование слоев молекул или так называемых двухмерных зародышей, присоединяющихся к поверхности грани или в торец, или образующих новый слой. По молеку-лярно-кинетической теории адсорбционный слой образуется очень быстро и внешняя диффузия не определяет скорость роста кристалла.
При низких частотах деформации полимеров в отличие от деформации обычных жидкостей происходит изменение свободной энергии вследствие изменений энтропии. На основании молеку-лярно-кинетической теории этот эффект объясняется тем, что микроброуновское движение мономерных единиц в макромолекуле существенно отличается от движения молекул в низкомолекулярных жидкостях, и это отличие состоит в том, что мономерные единицы связаны в макромолекулярные цепи и перемещаются не независимо друг от друга. При малых деформациях молекулярное движение сводится в основном к вращению вокруг валентных связей, соединяющих мономерные единицы в макромолекуле.
Таким образом, броуновское движение является следствием молекулярно-кинетического движения в дисперсионной среде и прямым отражением законов статистики. Интересно, что молеку-лярно-кинетическая теория устанавливает закономерности, характерные для статистического множества частиц, а проявляется мо-лекулярно-кинетическое движение ( в виде броуновского движения) в отклонениях от этих закономерностей.
Уравнения для коэффициентов вязкости, выведенные из представлений элементарной кинетической теории газов, не являются строгими, прежде всего потому, что они основаны на замене истинного распределения скоростей молекул газа их средними значениями. Наиболее общее уравнение молеку-лярно-кинетической теории для вязкости ( также и для других явлений молекулярного переноса-теплопроводности и диффузии) и зависимости вязкости от температуры может быть получено, если рассматривать распределение скоростей молекул газа, с одной стороны, как результат взаимных столкновений и, с другой стороны, как результат действия внешних сил.

T устанавливает связь между микроскопическими и макроскопическими величинами для газов. Поэтому формулу (3.15) называют основным уравнением молеку-лярно-кинетической теории газов.
Соотношение (4.1): р ( 2 / 3) п0Епост устанавливает связь между микроскопическими и макроскопическими величинами для газов. Поэтому формулу (4.1) называют основным уравнением молеку-лярно-кинетической теории газов. Макроскопические величины, однозначно характеризующие состояние газа, называют термодинамическими параметрами газа.
В настоящее время физическая химия представляет самостоятельную дисциплину со своими методами исследования и является теоретической базой прикладных химико-технологических дисциплин. Она основывается на применении методов термодинамики, молеку-лярно-кинетической теории и квантовой химии.
Рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость его рассчитывается по молеку-лярно-кинетической теории.
Для понимания дальнейшего мы должны теперь кратко напомнить некоторые основные сведения из молеку-лярно-кинетической теории. Если имеется сосуд с газом, то давление газа на стенки, так же как и давление одного слоя газа на другой слой, вызывается ударами молекул газа о стенку или друг о друга. Энергия эта тем больше, чем выше температура газа; чем выше температура, тем с большей скоростью движутся молекулы газа.
Исследование вязкости жидкостей и газов способствует выявлению общих закономерностей для процессов молекулярного переноса и уточнению представлений о механизме этих явлений. Поэтому закономерно то, что именно результаты исследований по вязкости легли в основу современной молеку-лярно-кинетической теории газов и жидкостей.
Количественное изучение явления седиментации дает возможность получить много весьма важных сведений об изучаемом коллоиде и прежде всего о размерах его частиц. При этом были получены значения N0, близкие к полученным различными другими методами; это явилось блестящим подтверждением универсальности молеку-лярно-кинетической теории и ее применимости к коллоидным растворам.
Начало систематических исследований скорости химических превращений положено работами Н. А. Меншуткина в конце 70 - х годов XIX в. Аррениус сформулировали основные законы, управляющие протеканием простых химических реакций, и дали трактовку этих законов, исходя из молеку-лярно-кинетической теории.
Пипеточнын прибор для седиментационного анализа.| Седиментометр Вигнера.| Седиментометр с торзионными весами. Вовлечение частиц высокой степени дисперсности в молекуляр-но-кинетическое движение среды - факт в настоящее время общеизвестный. Однако до начала XX века не было еще экспериментально доказано наличие атомов, молекул и их движение, несмотря на достаточно разработанную к тому времени молеку-лярно-кинетическую теорию.
Молекулярная физика - это наука, изучающая строение и свойства вещества, явления в газах, жидкостях и твердых телах, обусловленные молекулярным движением, а также процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое. Молекулярная физика базируется на молекулярно-кинетической теории. В основе молеку-лярно-кинетической теории строения вещества лежат такие основные положения, каждое из которых в настоящее время доказано с помощью экспериментов: вещество состоит из частиц; эти частицы непрерывно хаотически движутся; частицы взаимодействуют друг с другом. Молекулярно-кинетическая теория тесно связана с термодинамикой, изучающей общие законы макроскопических тел, и статистической физикой, раскрывающей закономерности поведения большого числа молекул, которым не подчиняются отдельные молекулы.
Палъмаер, Труды Менделеевского съезда, 2 ( 1937) ] высказывалось убеждение, что совершенно чистые и однородные металлы принципиально не могут растворяться в кислотах из-за отсутствия местных элементов. Это предположение противоречит современной молеку-лярно-кинетической теории, в частности теории электродных процессов. Кроме того, возможность и закономерный характер растворения однородных металлов были доказаны при изучении жидких металлов, имеющих в высокой степени однородную поверхность [ А.Н. Фрумкин, Труды второй конференции по коррозии металлов, Изд. Действительно, на всякой однородной металлической поверхности при потенциалах более отрицательных, чем обратимый водородный потенциал в том же растворе, из водного раствора по законам электрохимической кинетики должен выделяться водород со скоростью, соответствующей данному потенциалу.
Основной теоретической задачей в химической кинетике является создание такой системы взглядов и уравнений, которая позволила бы, исходя из молекулярных параметров реагирующих компонентов и внешних условий протекания процесса, вычислить его скорость. К молекулярным параметрам относятся масса реагирующих молекул, их форма и размеры, порядок связи отдельных атомов и атомных групп в молекуле, энергетическая характеристика отдельных связей, совокупность возможных энергетических состояний молекулы. В решении этой задачи важным этапом является применение молеку-лярно-кинетической теории к интерпретации кинетических закономерностей при химических превращениях, поэтому настоящая глава и посвящается тем основам молекулярно-кине-тической теории, которые будут использованы далее при решении поставленной задачи.
Этот закон установлен экспериментально, и, конечно, в опыте использовался реальный газ. Опытами же установлено, что реальные газы не точно следуют закону Бойля-Мариотта. Только идеальный газ вполне точно следует уравнению ( 14), и для него оно может быть выведено теоретическим путем на основе молеку-лярно-кинетической теории газов.
Гелий имеет наинизшую точку сжижения среди всех газов. Температура кипения гелия отстоит всего на 4 от абсолютного нуля. Предоставляя жидкому гелию испаряться и способствуя его испарению насосом, откачивающим его пары, можно еще более приблизиться - к предугаданной в свое время М. В. Ломоносовым ( на основании его молеку-лярно-кинетической теории теплоты) наинизшей возможной температуре, при которой прекращается механическое движение молекул и атомов - к абсолютному температурному нулю.

Характерная для физической химии особенность - применение теоретических явлений - отмечалось уже М. В. Ломоносовым, от которого ведет свое начало и само название науки Физическая химия. Соответствующий курс впервые был прочитан М. В. Ломоносовым для студентов в 1752 - 1753 гг. Им же написан и первый учебник по физической химии - истинной физической химии для учащейся молодежи. В физической химии Ломоносова были предвосхищены ее будущие успехи, которые стали возможны благодаря развитию теоретических методов физики в XIX в. Труды Карно, Майера, Джоуля, Гесса, Клаузиуса, Гиббса, Вант-Гоффа, Нернста в области термодинамики, Максвелла, Больцмана, Гиббса в области молеку-лярно-кинетической теории и статистической физики составили фундамент и физической химии. Большая заслуга в оформлении ее как учебной дисциплины впервые после М. В. Ломоносова принадлежит Н. Н. Бекетову, по предложению которого в 1864 г. в Харьковском университете учреждено физико-химическое отделение.
Характерная для физической химии особенность - применение теоретических явлений - отмечалось уже М. В. Ломоносовым, от которого ведет свое начало и само название науки Физическая химия. Соответствующий курс впервые был прочитан М. В. Ломоносовым для студентов в 1752 - 1753 гг. Им же написан и первый учебник по физической химии - истинной физической химии для учащейся молодежи. В физической химии Ломоносова были предвосхищены ее будущие успехи, которые стали возможны благодаря развитию теоретических методов физики в XIX в. Труды Карно, Майера, Джоуля, Гесса, Клаузиуса, Гиббса, Вант-Гоффа, Нернста в области термодинамики, Максвелла, Болыдаана, Гиббса в области молеку-лярно-кинетической теории и статистической физики составили фундамент и физической химии. Большая заслуга в оформлении ее как учебной дисциплины впервые после М. В. Ломоносова принадлежит Н. Н. Бекетову, по предложению которого в 1864 г. в Харьковском университете учреждено физико-химическое отделение.
Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, то обнаруживается их участие в тепловом движении. Это обусловливает в дисперсных системах такие явления, свойственные молекулярным растворам, как диффузия и осмос. Область коллоидной химии, изучающая эти явления, стала уже классической. Вместе с тем экспериментальные исследования молекуляр-но-кинетических свойств дисперсных систем, проведенные Перреном, Сведбергом и другими учеными, подтвердили правильность представлений материалистического естествознания, лежащих в основе молеку-лярно-кинетической теории; тем самым эти исследования содействовали выходу из философского кризиса в физике, возникшего на рубеже XIX и XX вв. Это обусловливает общенаучное, мировоззренческое значение теории молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.
Это повело к тому, что ключ к разрешению вопроса стали искать в энергии и притом оторванно от материи. Ряду исследователей, как это казалось на первый взгляд, удалось показать, что все основные законы химии могут быть выведены непосредственно из энергетических соображений. Эти работы окончательно укрепили молеку-лярно-кинетическую теорию и материалистическое мировоззрение на эти вопросы, так как основные законы этой теории были доказаны экспериментально на системах с реально и самопроизвольно движущимися частицами.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11