Физика · 10 класс1 четвертьТема 1Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Основные положения МКТ. Масса и размеры молекул. Количество вещества

Три постулата молекулярно-кинетической теории. Опытные подтверждения МКТ: диффузия и броуновское движение. Масса молекулы. Количество вещества (ν), постоянная Авогадро (N_A), молярная масса (M).

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) — фундамент современной молекулярной физики, объясняющий макроскопические свойства тел движением и взаимодействием их микрочастиц.

Три основных положения МКТ:

1. Все тела состоят из микрочастиц (атомов и молекул), разделенных промежутками;

2. Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) тепловом движении;

3. Частицы непрерывно взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания.

Экспериментальные доказательства:

• Диффузия — взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц (в газах протекает за секунды, в жидкостях — за часы, в твердых телах — за годы);

• Броуновское движение (открыто Робертом Броуном в 1827 г.) — непрерывное беспорядочное движение микроскопических взвешенных в жидкости частиц пыльцы под действием нескомпенсированных ударов молекул среды;

• Фотографии отдельных атомов на современных туннельных и атомно-силовых микроскопах.

ДИФФУЗИЯ

Проникновение сред

Скорость диффузии растет с температурой, подтверждая увеличение скорости молекул.
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Удары молекул

Наглядное доказательство хаотичности и непрерывности теплового движения.

Атомы и молекулы обладают чрезвычайно малыми размерами и массами:

• Линейные размеры большинства молекул составляют порядка d ~ 10⁻¹⁰ м (0.1 нм);

• Масса отдельной молекулы воды H₂O равна m₀ ≈ 3 · 10⁻²⁶ кг, молекулы водорода H₂ — m₀ ≈ 3.3 · 10⁻²⁷ кг, молекулы кислорода O₂ — m₀ ≈ 5.3 · 10⁻²⁶ кг.

Для удобства расчетов в физике и химии используют относительную атомную (Ar) и молекулярную массу (Mr) — безразмерную величину, равную отношению массы молекулы к 1/12 массы атома углерода ¹²C (атомной единице массы, 1 а.е.м. = 1.6605 · 10⁻²⁷ кг):

Mr=m0/(1/12⋅m0(12C))M_r = m_0 / (1/12 \cdot m_0({}^{12}\text{C})).

Например, для воды H₂O: Mr = 2·1 + 16 = 18.

Атомная единица массыБезразмерная величина
1 а.е.м. = 1/12 · m₀(¹²C) ≈ 1.6605 · 10⁻²⁷ кг; M_r = m₀ / (1 а.е.м.)
где Mr — относительная молекулярная масса, m₀ — абсолютная масса молекулы в кг.
Безразмерная величина
Относительная масса Mr не имеет единиц измерения в СИ!

Макроскопические тела содержат астрономическое число микрочастиц (в стакане воды содержится свыше 6 · 10²⁴ молекул). Для сопоставления числа частиц с массой введено понятие количества вещества.

Количество вещества (ν — греческая буква «ню») — физическая величина, равная отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро NA:

ν = N / NA.

В Международной системе СИ единицей количества вещества является Моль (моль).

1 моль — количество вещества, содержащее столько же структурных элементов (молекул, атомов), сколько содержится атомов в углероде ¹²C массой ровно 0.012 кг (12 граммов).

Постоянная Авогадро (NA) — фундаментальная физическая константа:

NA = 6.022 · 10²³ моль⁻¹.

Формулы количества веществаЧисло молекул в теле
ν=N/NA=m/M;N=ν⋅NA=(m/M)⋅NA \nu = N / N_A = m / M;\quad N = \nu \cdot N_A = (m / M) \cdot N_A
где ν — количество вещества (моль), N — число молекул, NA = 6.022 · 10²³ моль⁻¹, m — масса (кг), M — молярная масса (кг/моль).
Число молекул в теле
В 1 моле ЛЮБОГО вещества содержится строго 6.022 · 10²³ молекул!

Молярная масса (M) — физическая величина, равная отношению массы вещества m к его количеству ν, или массе 1 моля этого вещества:

M=m/ν=m0⋅NAM = m / \nu = m_0 \cdot N_A.

В СИ молярная масса измеряется в килограммах на моль (кг/моль), в химии — в г/моль.

Связь молярной массы с относительной молекулярной массой Mr:

M = Mr · 10⁻³ кг/моль.

Например, для водорода H₂: M = 2 · 10⁻³ кг/моль; для воды H₂O: M = 18 · 10⁻³ кг/моль; для кислорода O₂: M = 32 · 10⁻³ кг/моль; для углекислого газа CO₂: M = 44 · 10⁻³ кг/моль.

Масса одной молекулы выражается как:

m0=M/NAm_0 = M / N_A.
Шаг 1
Определить молярную массу M
По таблице Менделеева сложить атомные веса и умножить на 10⁻³ (кг/моль).
Шаг 2
Найти количество вещества ν = m / M
Разделить массу тела в кг на молярную массу M в кг/моль.
Шаг 3
Рассчитать число молекул N
Умножить количество молей на число Авогадро: N = ν · NA.
Формула молярной массыЕдиницы СИ
M = m / ν = m₀ · N_A = M_r · 10⁻³ кг/моль; m₀ = M / N_A
где M — молярная масса (кг/моль), m₀ — масса одной молекулы (кг), NA — число Авогадро.
Единицы СИ
В физических формулах молярная масса ВСЕГДА подставляется в кг/моль (не в г/моль!).

Между молекулами одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания электромагнитной природы.

Зависимость сил от расстояния r между центрами молекул:

• На расстояниях r > r₀ (где r₀ ~ d — диаметр молекулы) преобладают силы притяжения;

• На расстояниях r < r₀ при деформации электронных оболочек резко возрастают короткодействующие силы отталкивания;

• На расстоянии r = r₀ силы притяжения и отталкивания точно уравновешивают друг друга (устойчивое равновесие, минимум потенциальной энергии);

• На расстояниях r > 2–3 r₀ силы межмолекулярного взаимодействия практически спадают до нуля.

Соотношение энергий определяет агрегатное состояние:

• Твердые тела: Eпот >> Eкин (молекулы колеблются около узлов решетки);

• Жидкости: Eпот ≈ Eкин (ближний порядок, перескоки молекул);

• Газы: Eкин >> Eпот (молекулы свободны, потенциальным взаимодействием на расстоянии пренебрегают).

r > r₀

Притяжение

Удерживает молекулы вместе, препятствуя самопроизвольному распаду твердых тел и жидкостей.
r < r₀

Отталкивание

Препятствует взаимопроникновению молекул, обеспечивая практическую несжимаемость жидкостей.
Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул10 класс
Количество вещества:
ν=N/NA=m/M \nu = N / N_A = m / M[моль]
Основное уравнение МКТ газов:
p=1/3⋅n⋅m0⋅vкв2=2/3⋅n⋅Ekp = 1/3 \cdot n \cdot m_0 \cdot v_{\text{кв}}^2 = 2/3 \cdot n \cdot E_k[Па]
Связь температуры и кинетической энергии:
Ek=3/2⋅k⋅TE_k = 3/2 \cdot k \cdot T[Дж]
Давление идеального газа:
p=n⋅k⋅Tp = n \cdot k \cdot T[Па]
Следующая тема

Идеальный газ в МКТ. Основное уравнение МКТ газов. Температура

Перейти к теме →