Физика 8. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Лёд, вода и водяной пар состоят из одних и тех же молекул воды, но обладают разными свойствами. Запах распространяется по комнате, жидкости смешиваются, твёрдые тела сопротивляются растяжению и сжатию. Объяснить эти явления помогает представление о внутреннем строении вещества.

Частицы вещества

Все вещества состоят из очень малых частиц — атомов, молекул и ионов.

Атом — электрически нейтральная частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Молекула — наименьшая электрически нейтральная частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Ион — электрически заряженная частица.

Между частицами вещества существуют промежутки. Поэтому объём вещества не равен простой сумме объёмов отдельных твёрдых «шариков»: расположение частиц и расстояния между ними могут изменяться.

Три положения молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетическая теория объясняет свойства вещества его внутренним строением и движением частиц. В школьном курсе её основу составляют три положения.

1. Все вещества состоят из частиц. Частицы очень малы, а между ними есть промежутки.
2. Частицы непрерывно и хаотически движутся. Это движение называют тепловым.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом. На определённых расстояниях заметны силы притяжения, а при сильном сближении — силы отталкивания.

Эти положения рассматриваются вместе. Например, распространение запаха нельзя объяснить только наличием молекул: необходимо учитывать их непрерывное движение.

Диффузия

Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вследствие их теплового движения.

Примеры диффузии:

• распространение запаха в воздухе;
• постепенное окрашивание воды каплей красителя;
• засолка овощей;
• взаимное проникновение частиц соприкасающихся металлов при длительном нагревании.

Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах, но с разной скоростью.

При повышении температуры диффузия обычно идёт быстрее, потому что интенсивность теплового движения частиц возрастает.

Броуновское движение

В 1827 году Роберт Броун наблюдал под микроскопом беспорядочное движение очень малых частиц, взвешенных в жидкости. Такое движение называют броуновским.

Причина броуновского движения — неравномерные удары молекул жидкости или газа по наблюдаемой частице. С разных сторон в каждый момент действуют неодинаковые силы, поэтому частица совершает сложное хаотическое движение.

Броуновское движение является опытным подтверждением непрерывного теплового движения молекул. Сами молекулы в обычный школьный микроскоп не видны; наблюдается движение более крупных частиц под действием их ударов.

Притяжение и отталкивание частиц

Если разломить кусок мела, его части не соединятся простым соприкосновением: расстояние между большинством частиц на неровных поверхностях остаётся слишком большим. Но чистые гладкие поверхности некоторых материалов могут соединяться при сильном прижатии.

Притяжением частиц объясняются прочность твёрдых тел, поверхностное натяжение жидкостей и сохранение отдельной капли. Отталкивание при сильном сближении препятствует неограниченному сжатию вещества.

Силы взаимодействия заметны только на очень малых расстояниях. Если расстояние значительно увеличить, взаимодействие быстро ослабевает.

Как теория объясняет наблюдения

Безопасное наблюдение диффузии

Налейте в два прозрачных стакана одинаковое количество холодной и тёплой воды. Одновременно добавьте по одной капле пищевого красителя, не перемешивая воду. Наблюдайте за распространением цвета.

Ожидаемый результат: в тёплой воде краситель распределяется быстрее. Опыт подтверждает связь скорости диффузии с интенсивностью теплового движения. Не используйте кипяток и вещества, не предназначенные для бытового применения.

Главное

• Вещества состоят из очень малых частиц, между которыми существуют промежутки.
• Частицы непрерывно и хаотически движутся.
• Частицы взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются.
• Диффузия подтверждает движение частиц и происходит во всех агрегатных состояниях.
• Броуновское движение вызывается ударами молекул среды по малой взвешенной частице.
• С повышением температуры тепловое движение становится интенсивнее.

Вопросы и задания

1. Основные понятия

1. Назовите три основных положения молекулярно-кинетической теории.
2. Что называют тепловым движением?
3. Что такое диффузия?
4. Почему броуновское движение подтверждает движение молекул?
5. Когда проявляются силы притяжения и отталкивания между частицами?

2. Объяснение явлений

Объясните с точки зрения молекулярно-кинетической теории распространение запаха духов, растворение сахара в чае, возможность сжатия воздуха в насосе и прочность стальной проволоки.

3. Скорость диффузии

Расположите случаи в порядке от наиболее быстрой диффузии к наиболее медленной:

• смешивание газов;
• проникновение частиц одного металла в другой;
• распространение красителя в воде.

4. Температура и движение частиц

Почему сахар обычно растворяется в горячем чае быстрее, чем в холодной воде? Укажите, какое положение МКТ используется в объяснении.

5. Верно или неверно

1. Между молекулами вещества нет промежутков.
2. Диффузия возможна только в жидкостях.
3. Броуновская частица движется из-за ударов молекул среды.
4. При повышении температуры тепловое движение частиц обычно усиливается.
5. Силы взаимодействия частиц одинаково велики на любых расстояниях.

6. План наблюдения

Предложите безопасный опыт, позволяющий сравнить скорость диффузии при двух температурах. Укажите, что нужно сохранить одинаковым и какой результат следует наблюдать.