Основы МКТ

Основы молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет строение и свойства вещества движением и взаимодействием частиц. Она опирается на три основных положения, каждое из которых подтверждено опытами.

Три положения МКТ

• Все вещества состоят из частиц — молекул и атомов, между которыми есть промежутки. Подтверждение: сжимаемость газов, растворение веществ.
• Частицы непрерывно и хаотично движутся. Подтверждение: диффузия и броуновское движение.
• Частицы взаимодействуют — притягиваются и отталкиваются. Подтверждение: упругость тел, существование жидкостей и твёрдых тел.

Размеры и количество молекул

Молекулы крайне малы (около 10⁻¹⁰ м), а в одном моле любого вещества содержится огромное число частиц — число Авогадро Nₐ ≈ 6,02·10²³ 1/моль. Количество вещества ν = N / Nₐ = m / M, где M — молярная масса.

Связь температуры и движения частиц

Средняя кинетическая энергия движения молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре:

Eₖ = (3/2)·k·T

где k ≈ 1,38·10⁻²³ Дж/К — постоянная Больцмана. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. Это раскрывает физический смысл температуры: она есть мера средней кинетической энергии хаотического движения частиц. При абсолютном нуле (0 К, или около −273 °C) тепловое движение практически прекращается — это самая низкая возможная температура. Отсюда же следует, что молекулы одного и того же газа при данной температуре движутся с разными скоростями: одни быстрее, другие медленнее, но средняя энергия задаётся именно температурой. Лёгкие молекулы при той же температуре движутся в среднем быстрее тяжёлых, ведь их энергия одинакова, а масса меньше.

Три состояния вещества

Состояние	Расположение частиц	Движение	Форма и объём
Твёрдое	Упорядоченное, плотное	Колебания около узлов	Сохраняет форму и объём
Жидкое	Плотное, но без порядка	Перескоки между местами	Объём есть, формы нет
Газообразное	Далеко друг от друга	Свободное, хаотичное	Ни формы, ни объёма

Разбор примера

Сколько молекул содержится в m = 18 г воды? Молярная масса воды M = 18 г/моль.

Дано: m = 18 г; M = 18 г/моль; Nₐ = 6,02·10²³. 1) Количество вещества: ν = m / M = 18 / 18 = 1 моль 2) Число молекул: N = ν · Nₐ = 1 · 6,02·10²³ N = 6,02·10²³ молекул Ответ: в 18 граммах воды около 6·10²³ молекул.

Частые ошибки: путают молярную массу M и массу одной молекулы. Забывают, что в формуле Eₖ = (3/2)kT температура — абсолютная, в кельвинах. Думают, что в жидкости частицы неподвижны — на самом деле они активно перескакивают, поэтому жидкость и течёт.

Кратко о главном

• МКТ объясняет свойства вещества через движение и взаимодействие частиц.
• Три положения: вещество из частиц, частицы движутся, частицы взаимодействуют.
• Их доказывают диффузия и броуновское движение.
• Число Авогадро Nₐ ≈ 6,02·10²³; количество вещества ν = m/M = N/Nₐ.
• Средняя энергия частиц Eₖ = (3/2)kT растёт с температурой.