Молекулярная физика - основные положения, формулы и законы

Среди учащихся химических классов наиболее простыми считаются задачи по молекулярной физике. Часто они сводятся к определению массовых или скоростных характеристик частиц, а также более сложных величин, требующих предварительных расчетов массы молекулы и ее скорости.

Что изучает молекулярная физика

Молекулярная физика относится к разделу науки, которая изучает вещества на уровне их микроскопического строения. 

Согласно ей существует три агрегатных состояния вещества – газообразное, твердое, жидкое.

Объяснение процессов перехода веществ отражается в подразделе общей молекулярной физики, называемом молекулярно-кинетической теорией (МКТ). Она призвана осветить вопросы строения и свойств тел через информацию о движении и взаимодействии составных частиц материи.

Основы молекулярной физики

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет появление и развитие явлений теплового характера внутри сложных тел, а также их свойства в рамках строения молекулы.

К основным положениям МКТ относят следующие:

• между всеми частицами тел существуют промежутки;

• для всех составных частичек тел характерно непрерывное хаотическое движение молекул;

• каждая частица взаимодействует с соседней.

После проведенных исследований ученые установили, что наименьшей неделимой частицей вещества является атом размером 0,1 нм, заряд которого равен нулю. 

Если рассматривать данную частичку с точки зрения химической физики, то в ее строении выделяют атомное ядро и вращающиеся вокруг ядра по определенным орбитам электроны. Ядро объединяет нейтроны и протоны. Соединяясь между собой, атомы образуют молекулу.

Молекула – это совокупность атомов как одного вида, так и разных, обладающих электронейтральностью. 

Размер молекулы - 0,1 нм – 100 нм.

Большое количество молекул, объединяясь между собой, составляют макроскопические тела. 

Они характеризуют состояние тел, не учитывая их молекулярное строение.

Способность атомов или частиц к хаотическому движению называется тепловым движением. 

Несмотря на всю беспорядочность процесса, все молекулы можно распределить по скоростям по заданным закономерностям – графику распрeделения Максвeлла.

Согласно ему, в условиях постоянной тeмпературы в системе находятся частицы, двигающиеся с различными скоростями – одни быстрее, другие медленнее. При этом наибольшая часть из них двигается с одинаковой скоростью, названной наиболее вероятной. 

Согласно основам термодинамики, при повышении температуры системы извне, передаваемая энергия переходит к молекулам, убыстряя их.

Основные формулы молекулярной физики

К основным формулам молекулярной кинетической теории относят следующие расчеты:

1. Расчет относительной молекулярной массы вещества (Mr):

Массу водородной частицы можно определить, удвоив массовое значение атома водорода, поскольку в состав молекулы входит два атома. Соответственно, ее значение будет равно 6,68 *10^-27 кг;

2.Проведение расчетов по определению количества вещества, численно равное частному чисел молекул (N) в отдельно взятом объекте к числу всех атомов (N_a) в 12*10^-3 кг углерода (С):

N_a – постоянная Авагадро, численно равная 6.02*10²³ моль^-1.

3. Проведение расчетов по определению молярной массы вещества:

Единица измерения – кг/моль. 

Основным уравнением молекулярно-кинeтической теории идeального газа является следующее:

Оно показывает взаимосвязь между давлением p (макроскопической измеряемой величиной), скоростью молекул и их концентрацией (микроскопические величины).