Основи МКТ. Експериментальне підтвердження

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх експерементальне підтвердження      

Тіла, з якими ми маємо справу в повсякденному житті, майже завжди здаються нам суцільними і однорідними, проте багато явищ свідчать про те, що ці уявлення помилкові.Наприклад, тіла під час нагрівання плавляться і випаровуються, причому як рідкі, так і тверді. Під дією зовнішніх сил змінюється і об'єм. Якщо вважати, що речовина має суцільну будову, то ці явища зрозуміти і пояснити неможливо.     

   Ці процеси легко обґрунтувати, якщо припустити, що насправді тіла складаються з величезної кількості дрібних часточок речовини - молекул, розміщених не щільно, а на деякій відстані одна від одної. Розміри проміжків між молекулами можуть змінюватися внаслідок зовнішніх впливів, зміни температури або змішування речовини. Випаровування на основі цього припущення пояснюється вилітанням молекул з рідини або твердого тіла, а зміна об'ємів тіл - зміною розмірів проміжків між його частинками тощо.

         Під час випробувань оболонок космічних кораблів на герметичність було виявлено, що гази проникають міжмолекулярними проміжками крізь товсті шари металу. Тому метал для виготовлення оболонок попередньо прокатують і кують, щоб зменшити у ньому міжмолекулярні проміжки.

         Основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини зводяться до таких:

1.      Усі тіла складаються з дрібненьких частинок - молекул чи атомів.

2.Атоми і молекули в тілах перебувають у безперервному хаотичному русі.

3.Між атомами і молекулами діють сили притягання і відштовхування.  

Молекули настільки малі, що розрізнити їх неозброєним оком і навіть у звичайний мікроскоп не можна. Ще в 1974 році за допомогою електронного мікроскопа дістали фотографії окремих атомів і молекул, що, безумовно, стало найбільш переконливим доказом їх існування. 

 Можна здійснити багато спостережень і експериментів, що підтверджують основні положення молекулярно-кінетичної теорії - дискретність (подільність)  і «вічний» рух.До найбільш переконливих дослідів належать насамперед дифузія і броунівський рух.

 Дифузія це явище змішування самих по собі речовин одна з одною. Найпростіший приклад дифузії в газах - швидке поширення запахів навіть в спокійному повітрі : аромат парфумів вже через декілька хвилин відчувається по всій кімнаті. Це легко пояснити з точки зору молекулярно-кінетичної теорії: молекули обох газів, рухаючись невпорядковано і стикаючись одна з одною, проникають у проміжки між сусідніми молекулами, що призводить до проникнення одного газу в інший; поступово виникає однорідна суміш газів.        

   У рідинах дифузія відбувається значно повільніше. Якщо налити в скляний циліндр до його половини концентрований розчин мідного купоросу, а потім зверху обережно долити воду, спочатку видно чітку межу між рідинами. З часом вона стає менш різкою, і за декілька днів обидві рідини повністю перемішуються, утворюючи однорідний розчин. Швидкість дифузії залежить від температури рідини. В цьому легко переконатись, підігріваючи циліндр з розчином. В цьому випадку дифузія відбуватиметься швидше, що можна пояснити зростанням швидкості частинок.    

 Дифундують і молекули твердих тіл, та при звичайних температурах дуже повільно. Було виконано такий дослід. На золоту пластинку поставили свинцевий циліндр з старанно очищеною від оксидів основою, і залишили в такому положенні при кімнатній температурі на кілька років. Через 4 роки свинцевий циліндр «спаявся» з золотою пластинкою, і хімічний аналіз показав, що невелика кількість золота проникла в свинець, а свинцю - в золото, на глибину близько 5мм. Це можна пояснити тим, що частинки твердих тіл зрідка покидають свої місця і переходять в інші - ці «мандруючі» молекули чи атоми і обумовлюють дифузію в твердих тілах. 

 Осмос - важливий випадок дифузії - взаємне проникнення речовин крізь пористі перегородки.            Дифузію рідин крізь пористу перегородку можна спостерігати на такому досліді. Затягнемо широкий отвір лійки целофаном або пергаментом, наповнимо Ії розчином мідного купоросу і опустимо в посудину з водою (мал. 1). Через певний час рівень розчину в лійці підвищиться. Отже, вода дифундує в розчин мідного купоросу швидше, ніж розчин в воду. Блакитне забарвлення води в посудині свідчить про те, що мідний купорос хоч і повільно, все ж дифундує в воду.            

Броунівський рух - є одним з найбільш переконливих доказів існування молекул і їх хаотичного теплового руху. Названий на честь англійського ботаніка Броуна. Він розглядав в мікроскоп краплину води і звернув у вагу на невпорядкований рух плаваючих у ній спор рослин: ці частинки створювали невпинний невпорядкований рух - своєрідний «вічний танок». Це явище можете спостерігати і ви. Для цього краплю дуже розведеної у воді туші слід помістити на предметне скло мікроскопа зі збільшенням в 500-600 разів. Рідина, яка здавалась суцільною і однорідною, в полі зору мікроскопа виглядатиме зовсім інакше: чорні, неправильної форми шматочки різних розмірів плавають у безбарвній рідині. Зрозуміло, що це не молекули, а шматочки сажі, з якої виготовлена туш. Зосередивши увагу на одній з найдрібніших крупинок сажі, побачимо, що вона рухається хаотично, переміщуючись то в один, то в інший бік. Якщо положення цієї частинки позначити через рівні послідовні інтервали часу (30с) крапками і з'єднати їх прямими, то дістанемо заплутану ламану (мал.2), однак не вона не є її дійсною траєкторією, що насправді набагато складніша.   

 В броунівському русі вражає одна незвична для нас особливість - рух частинок не припиняється за будь-яких обставин. Отже, причину цього руху слід шукати в самій рідині.

 

Молекули води весь час перебувають в хаотичному русі, і завислі у воді частинки речовини зазнають поштовхів молекул з усіх боків. Коли виникає тимчасова перевага ударів з якогось одного боку, то частинка переміщується в протилежний бік. Ця перевага надає руху лише малим частинкам, тому броунівський рух є відображенням руху молекул рідини. 

                                           
 

 

Матеріали підручника    Гончаренко С.У.  ФІЗИКА 10 п.1, п.2

Остання версія: 15 червень 2015, понеділок, 15:08