ТРИ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЯ МКТ
- От античной догадки к научной теории: Идея о том, что окружающий мир состоит из невидимых глазу неделимых крупиц, зародилась более двух с половиной тысяч лет назад в трудах древнегреческих философов (Демокрита и Левкиппа). Однако строгим научным учением атомистика стала лишь во второй половине XIX века. Новая теория получила название молекулярно-кинетической теории (МКТ) — она объясняет внутреннее строение, тепловые явления и физические свойства тел движением и взаимодействием мельчайших частиц.
- Три фундаментальных постулата МКТ:
- 1. Все вещества состоят из частиц (молекул и атомов), между которыми есть промежутки. Вещество не является сплошным монолитом.
- 2. Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении. Это движение никогда не прекращается и не имеет выделенного направления.
- 3. Частицы вещества взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания. Характер этого взаимодействия зависит от расстояния между молекулами.
ОПЫТНЫЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ПОЛОЖЕНИЙ МКТ
- Подтверждение 1-го положения (частицы и промежутки):
- Тепловое расширение и сжатие тел: при нагревании твёрдые тела, жидкости и газы увеличиваются в объёме, а при охлаждении сжимаются. Сами молекулы при этом не раздуваются — меняется лишь ширина промежутков между ними.
- Смешивание жидкостей: если слить вместе 100 мл чистой воды и 100 мл спирта, суммарный объём раствора окажется меньше 200 мл (около 190–193 мл). Более мелкие молекулы воды плотно заполняют пустоты между сравнительно крупными молекулами спирта.
- Прямое наблюдение атомов: благодаря изобретению сканирующего туннельного и электронного микроскопов физики получили реальные снимки кристаллической решётки (например, атомов кремния с увеличением в 15 миллионов раз), окончательно сняв любые сомнения в существовании атомов.
- Подтверждение 2-го положения (непрерывное хаотическое движение):
- Явление диффузии: самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества в промежутки между частицами другого. В газах распространение запахов происходит за секунды; в жидкостях (растворение капли чернил или кристалла марганцовки в воде) процесс занимает минуты и часы; в твёрдых телах (сращивание прижатых пластин золота и свинца) взаимное проникновение на 1 мм длится 4–5 лет. Главная закономерность: с повышением температуры скорость диффузии резко возрастает, так как частицы начинают двигаться быстрее.
- Броуновское движение (открыто Робертом Броуном в 1827 г.): непрерывное причудливое метание микроскопических твёрдых крупинок (пыльцы растений или крупинок краски), взвешенных в воде или газе. Сама частица не живая — её непрерывно толкают со всех сторон окружающие молекулы воды. Из-за хаотичности удары с разных сторон не уравновешивают друг друга в каждый миг времени, заставляя частицу совершать скачки.
- Подтверждение 3-го положения (силы взаимодействия):
- Притяжение молекул: благодаря силам взаимного притяжения твёрдые тела не рассыпаются в пыль, а жидкости сохраняют объём. Для разрушения или разрыва стальной проволоки требуется приложить огромное усилие. При соприкосновении двух гладко зачищенных свинцовых цилиндров они прочно сцепляются под действием межмолекулярных сил.
- Отталкивание молекул: при попытке сжать жидкость или твёрдое тело возникают мощные силы упругости. Как только расстояние между частицами становится меньше их собственных размеров, электронные оболочки атомов начинают резко отталкиваться.
- Свойства упругости: способность тел восстанавливать форму и объём после снятия внешней деформации служит прямым доказательством баланса сил притяжения и отталкивания.
РАЗМЕРЫ И МАССЫ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ
- Строение молекул: Молекулы состоят из ещё более простых неделимых химическим путём частиц — атомов. Простые молекулы (кислород, вода, азот) состоят из 2–3 атомов, в то время как гигантские органические молекулы (например, спираль молекулы ДНК человека) включают миллионы сцепленных атомов.
- Определение массы атомов (опыт Жана Перрена): Долгое время физики и химики знали лишь относительные атомные массы элементов, но не могли взвесить отдельный атом. В начале XX века французский физик Жан Батист Перрен (Нобелевский лауреат) впервые экспериментально вычислил абсолютную массу самого лёгкого атома во Вселенной — атома водорода: она составляет ничтожно малую величину порядка $1,6 \cdot 10^{-27}$ кг. Это позволило рассчитать реальные массы молекул всех остальных веществ.
- Порядок размеров в микромире: Линейные размеры большинства атомов составляют около 10⁻¹⁰ м (0,1 нанометра). Из-за столь колоссальной малости даже в микроскопической пылинке, едва различимой на свету, содержится больше молекул, чем песчинок на всех океанских пляжах планеты.
⭐ Шпаргалка к ответу у доски
📌 ШПАРГАЛКА К ПЕРЕСКАЗУ У ДОСКИ (ОСНОВНЫЕ ТЕЗИСЫ, ОПЫТЫ И МАСШТАБЫ)
- Три кита МКТ: 1) Вещества состоят из частиц с промежутками между ними; 2) Частицы движутся непрерывно и беспорядочно; 3) Частицы взаимодействуют силами притяжения и отталкивания.
- Решающие опыты: Тепловое расширение и туннельный микроскоп (1-е положение) • Диффузия во всех средах и броуновское движение (2-е положение) • Упругость тел, сцепление зачищенного свинца и несжимаемость жидкостей (3-е положение).
- Масштабы величин: Размер атома ~10⁻¹⁰ м • Масса атома водорода $\sim 1,6 \cdot 10^{-27}$ кг (вычислена Жаном Перреном).
- Итоговый вывод: Все макроскопические свойства окружающих предметов (твердость, текучесть, температура, упругость) определяются законами движения и взаимодействия невидимых частиц микромира.