Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

12.1: Вступ

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74995

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    цілі навчання

    • Опишіть газ за допомогою кінетичної теорії газів

    Вступ до температури та кінетичної теорії

    Кінетична теорія газів описує газ як велику кількість дрібних частинок (атомів або молекул), всі з яких знаходяться в постійному, випадковому русі. Швидко рухаються частинки постійно стикаються як один з одним, так і зі стінками ємності. Кінетична теорія пояснює макроскопічні властивості газів (такі як тиск, температура та об'єм), враховуючи їх молекулярний склад та рух. По суті, теорія стверджує, що тиск обумовлений не статичним відштовхуванням між молекулами (як це було здогадкою Ісаака Ньютона), а скоріше через зіткнення між молекулами, що рухаються з різною швидкістю через броунівський рух. Також температура ідеального одноатомного газу є мірою середньої кінетичної енергії його атомів, як показано в.

    зображення

    Поступальний рух гелію: Реальні гази не завжди поводяться відповідно до ідеальної моделі за певних умов, таких як високий тиск. Тут показано, що розмір атомів гелію щодо їх відстані масштабується під тиском 1950 атмосфер.

    Кінетична теорія газів використовує модель ідеального газу, щоб співвідносити температуру із середньою поступальною кінетичною енергією молекул у контейнері газу в термодинамічній рівновазі. Класична механіка визначає поступальну кінетичну енергію молекули газу наступним чином:

    \[\mathrm{E_k=\dfrac{1}{2}mv^2,}\]

    де m - маса частинок і v її швидкість (величина її швидкості). Розподіл швидкостей (які визначають поступальні кінетичні енергії) частинок в класичному ідеальному газі називається розподілом Максвелла-Больцмана. У кінетичній теорії температура класичного ідеального газу пов'язана з його середньою кінетичною енергією на ступінь свободи E k за допомогою рівняння:

    \[\mathrm{\bar{E}_k=\dfrac{1}{2}kT,}\]

    (k: константа Больцмана). Ми виведемо цей зв'язок у наступних атомах. Також виведемо ідеальний закон газу:

    \[\mathrm{pV=nRT,}\]

    (R: постійна ідеального газу, n: кількість молів газу) з мікроскопічної теорії.

    Атомна теорія речовини

    Атомна теорія - це наукова теорія природи питання, яка стверджує, що питання складається з дискретних одиниць, які називаються атомами.

    цілі навчання

    • Сформулюйте п'ять постулатів атомної теорії Джона Далтона

    Атомна теорія - це наукова теорія природи питання, яка стверджує, що питання складається з дискретних одиниць, що називаються атомами, на відміну від застарілого поняття, що питання можна розділити на будь-яку довільно малу кількість. Хоча фізики виявили, що так званий «неподільний атом» насправді є конгломератом різних субатомних частинок, поняття атомів все ще важливо, оскільки вони є будівельними блоками речовини і складають основу хімії.

    зображення

    Ілюстрація атома гелію: Це ілюстрація атома гелію, що зображує ядро (рожеве) та розподіл електронної хмари (чорний). Ядро (вгорі праворуч) у гелію-4 насправді сферично симетрично і дуже нагадує електронну хмару, хоча для більш складних ядер це не завжди так. Чорна смуга - один ангстрем (10-10 м, або 100 вечора).

    Атомна гіпотеза Дальтона

    Філософські пропозиції щодо атомів пропонувалися ще з часів стародавніх греків, але Джон Дальтон першим запропонував наукову теорію атомів. Він базував своє дослідження на двох законі про хімічні реакції, що виникли (не звертаючись до поняття атомної теорії) наприкінці 18 століття. Першим був закон збереження маси, сформульований Антуаном Лавуазьє в 1789 році, який стверджує, що загальна маса в хімічній реакції залишається постійною (тобто реагенти мають таку ж масу, як і продукти). Другим був закон певних пропорцій, перший доведений французьким хіміком Жозефом Луї Прустом.

    Дальтон запропонував, що кожен хімічний елемент складається з атомів єдиного унікального типу, і хоча вони не можуть бути змінені або знищені хімічними засобами, вони можуть поєднуватися, утворюючи більш складні структури (хімічні сполуки). Це ознаменувало першу по-справжньому наукову теорію атома, оскільки Далтон досяг своїх висновків шляхом експериментів та вивчення результатів емпіричним шляхом. З цієї причини Далтон вважається винуватцем сучасної атомної теорії.

    5 Основні моменти

    Атомна теорія Дальтона мала 5 основних моментів:

    1. Елементи складаються з надзвичайно дрібних частинок, званих атомами.
    2. Атоми даного елемента ідентичні за розміром, масі та іншим властивостям; атоми різних елементів відрізняються розмірами, масою та іншими властивостями.
    3. Атоми не можуть бути поділені, створені або знищені.
    4. Атоми різних елементів об'єднуються в простих співвідношеннях цілого числа, утворюючи хімічні сполуки.
    5. У хімічних реакціях атоми об'єднуються, відокремлюються або переставляються.

    З цих п'яти тільки три досі вважаються дійсними. 1, 4 і 5 є дійсними, тоді як 2 і 3 виявилися не так. Атоми можуть бути розбиті на більш дрібні шматочки, а атоми даного елемента можуть відрізнятися за масою і іншими властивостями (див. Ізотопи і іони).

    Знаючи, що газ складається з дрібних атомних і молекулярних частинок, природно спробувати пояснити властивості газу з мікроскопічної точки зору. Ці зусилля призвели до розвитку кінетичної теорії газів, де макроскопічні властивості газів, такі як тиск, температура та об'єм, пояснюються врахуванням їх молекулярного складу та руху.

    зображення

    Нова система хімічної філософії Джона Далтона: Різні атоми і молекули, як зображено в «Нова система хімічної філософії» Джона Далтона (1808).

    Ключові моменти

    • Кінетична теорія стверджує, що тиск обумовлений зіткненнями між молекулами, що рухаються з різною швидкістю через броунівський рух.
    • Температура ідеального одноатомного газу є мірою середньої кінетичної енергії його атомів. У кінетичній теорії це пов'язано з її середньою кінетичною енергією на ступінь свободи E k через рівняння:\(\mathrm{\bar{E}_k=\dfrac{1}{2} kT}\).
    • Кінетична теорія газів використовує модель ідеального газу, щоб співвідносити температуру із середньою поступальною кінетичною енергією молекул у контейнері газу в термодинамічній рівновазі.
    • Джон Далтон першим запропонував наукову теорію атомів. Він базував своє дослідження на двох законі: законі збереження маси і законі певних пропорцій.
    • Дальтон запропонував, що кожен хімічний елемент складається з атомів єдиного унікального типу, і хоча вони не можуть бути змінені або знищені хімічними засобами, вони можуть поєднуватися, утворюючи більш складні структури.
    • Кінетична теорія газів пояснює макроскопічні властивості газів, такі як тиск, температура і об'єм, враховуючи їх молекулярний склад і рух.
    • Хоча ідея Далтона про те, що речовина складається з різних атомів, була правильною, він помилявся щодо деяких їх властивостей. Атоми можуть бути розбиті на менші частини. Атоми одного і того ж елемента можуть мати трохи різні маси і поводитися по-різному. Див. Ізотопи та іони для прикладів.

    Ключові умови

    • ідеальний газ: гіпотетичний газ, молекули якого не виявляють взаємодії і зазнають пружного зіткнення один з одним і зі стінками контейнера.
    • ступінь свободи: Будь-яка з координат, мінімальна кількість яких потрібна для задання руху механічної системи.
    • Броунівський рух: випадковий рух частинок, зважених у рідині, що виникають внаслідок того, що ці частинки вражаються окремими молекулами рідини.
    • атом: Найменша можлива кількість речовини, яка все ще зберігає свою ідентичність як хімічний елемент, тепер відомо, що складається з ядра, оточеного електронами.
    • кінетична теорія газів: Кінетична теорія газів описує газ як велику кількість дрібних частинок (атомів або молекул), всі з яких знаходяться в постійному, випадковому русі.
    • хімічна реакція: Процес, що включає розрив або створення міжатомних зв'язків, при якому одна або кілька речовин змінюються на інші.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ