На фундаменте, заложенном Ломоносовым, Больцманом, Клаузиусом и другими, было дано первое описание микроструктуры различных тел. Благодаря их теории строения вещества ученым удалось объяснить целый ряда явлений (диффузия, теплопроводность и др.), что привело к научной и промышленной революции.
К этим идеям пришли не умозрительно, а через опыт. Броуновское движение взвешенных частиц под воздействием ударов молекул, диффузия газов и жидкостей, изменение объема веществ в результате нагревания или остывания и так далее. Изначально атомы представляли некими мельчайшими частицами, «шариками». Вопрос о размерах и весе был снят еще в середине 19-го века, когда обнаружили электрон – частицу, которая была легче водорода в 1840 раз. Но об их структуре представления так или иначе не было. Несмотря на это Менделееву удалось создать периодическую систему элементов, уточнить атомные массы многих веществ (урана, бериллия и других). Большой вклад в развитие теории внесли Фарадей (объяснил электролиз) и Максвелл (оценил средний пробег молекул газа, заложил основы статистической механики).
Об атомах знали также, что они могут объединяться между собой. Два и более атомов, объединенных в общую структуру, и есть молекула. Если атомы разные, то вещество называли сложными, если одинаковые – простым.
На основе этих представлений были объяснены различия в строении между твердыми, жидкими и газообразными телами. Твердые тела описали как упорядоченные плотные пачки колеблющихся атомов, соединенных жесткой связью (электростатическое взаимодействие), а жидкости и газы – как облако беспорядочно движущихся частиц (но в газах расстояние между ними много больше их собственных размеров).
Ключевые формулы МКТ
В молекулярно-кинетической теории связь между параметрами идеального газа устанавливается следующим уравнением:
$p = frac {1}{3} cdot m_0 cdot n cdot v^2$, где p – давление, $m_0$ – масса молекулы, n – концентрация газа, $v$ – средняя квадратичная скорость молекул.
Для нахождения $v$ пользуются специальной формулой:
$v = sqrt{frac {3 cdot R cdot T}{M}}$, где R – универсальная газовая постоянная, T – температура газа, M – молярная масса молекул.
Из этих уравнения устанавливаются некоторые принципы теории газов. Например, зависимость давления от скорости движения молекул. В свою очередь, от движения зависит и температура газа. Таким образом, делается важнейшее заключение: температура есть мера средней кинетической энергии молекул.
Что мы узнали?
В ходе урока установили опорные факты, на основе которых строилась первоначальная теория о строении вещества. Рассмотрели опыты, доказывающие эти положения, а также вкратце (поскольку МКТ – тема отдельного урока) разобрали ключевые формулы теории газов.
