Основные положения

Определения и обозначения

Молекулярно-кинетическая теория — учение о строении вещества и свойствах макроскопических тел через движение и взаимодействие частиц. Она нужна, чтобы объяснять наблюдаемые свойства тел не только описанием, но и причинами на уровне молекул и атомов.

Тепловое движение — непрерывное хаотическое движение частиц вещества. Этот термин помогает понять, почему частицы не остаются неподвижными даже тогда, когда всё тело кажется покоящимся.

Диффузия — взаимное проникновение частиц соприкасающихся веществ вследствие их теплового движения. Благодаря диффузии вещество распространяется без обязательного перемещения больших потоков среды, а концентрация постепенно выравнивается.

Броуновское движение — беспорядочное движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, вызываемое ударами молекул среды. Его можно наблюдать косвенно, поэтому оно служит наглядным подтверждением непрерывного движения молекул.

Как это устроено

Вещество рассматривают как совокупность огромного числа частиц, потому что многие свойства тела нельзя объяснить как свойства сплошной однородной среды. На это указывают распространение запахов, растворение кристаллов, испарение и сжатие газов. Такие явления показывают, что между частицами есть промежутки, а сами частицы могут перемещаться и взаимодействовать.

Хаотическое тепловое движение приводит к распространению вещества и выравниванию его концентрации. На границе двух веществ частицы беспорядочно переходят в обе стороны, но сначала чаще перемещаются туда, где их меньше. Постепенно различие концентраций уменьшается, и при равновесии переходы продолжаются, но в среднем компенсируют друг друга.

Интенсивность теплового движения зависит от температуры: при нагревании средняя энергия движения частиц обычно возрастает. В твёрдом теле частицы главным образом колеблются около устойчивых положений, поэтому тело сохраняет форму. В жидкости частицы могут перескакивать между соседями, а в газе движутся почти свободно на больших расстояниях, сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда.

Частицы взаимодействуют на расстоянии. При обычном сближении между ними могут действовать силы притяжения, удерживающие частицы рядом и помогающие сохранять целостность тела. Если же частицы слишком сильно сблизить, резко усиливается отталкивание: оно препятствует проникновению частиц друг в друга и объясняет сопротивление сжатию.

Броуновское движение не следует смешивать с тепловым движением молекул. Молекулы невидимой среды движутся постоянно, а броуновская частица заметнее и сама испытывает неравномерные удары с разных сторон. Наблюдая скачкообразное движение такой частицы, можно сделать вывод о существовании и движении молекул, которые непосредственно не видны.

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их проявления

Сначала найдите в таблице положение теории, затем сопоставьте его с наблюдением и выводом. Последний столбец показывает, какое свойство частиц подтверждается конкретным явлением.

Одна и та же теория объясняет разные факты: диффузия раскрывает возможность перемещения частиц, броуновское движение подтверждает их непрерывное движение, а свойства тел указывают на взаимодействие частиц.

Разбор задач

Распространение запаха

Условие. Объясните, почему запах духов постепенно распространяется по комнате даже при отсутствии заметного движения воздуха.

1. Молекулы духов покидают поверхность жидкости и попадают в воздух.
2. Молекулы воздуха и духов находятся в непрерывном хаотическом движении, поэтому сталкиваются и меняют направления.
3. Молекулы духов постепенно проникают в области, где их концентрация меньше. Это и есть диффузия, а не направленный поток всего воздуха.

Ответ. Запах распространяется благодаря хаотическому движению молекул духов и их диффузии в воздухе.

Растворение в холодной и горячей воде

Условие. В двух одинаковых стаканах находятся холодная и горячая вода. В каждый опустили кристалл растворимого вещества. В каком стакане растворение произойдёт быстрее?

1. Растворение включает проникновение молекул воды между частицами кристалла и распространение частиц вещества по объёму.
2. В горячей воде частицы движутся интенсивнее, потому что температура выше.
3. Более быстрое движение увеличивает частоту столкновений и ускоряет диффузию, поэтому концентрация раствора выравнивается быстрее.

Ответ. Кристалл быстрее растворится в горячей воде, если остальные условия одинаковы.

Движение частиц пыльцы

Условие. Мелкие частицы пыльцы находятся во взвеси и движутся беспорядочно, хотя жидкость кажется неподвижной. Объясните движение и предскажите, как оно изменится при повышении температуры.

1. Частица пыльцы получает удары от быстро движущихся молекул жидкости.
2. Удары с разных сторон не компенсируются точно, поэтому частица перемещается рывками и постоянно меняет направление.
3. При повышении температуры молекулы жидкости движутся быстрее и сильнее воздействуют на частицу.

Ответ. Наблюдается броуновское движение; при нагревании оно обычно становится интенсивнее.

Типичные ошибки

Молекулы неподвижны в твёрдых телах. Так думают из-за сохранения формы, но частицы твёрдого тела колеблются около положений равновесия. Проверка: вспомните, что повышение температуры усиливает эти колебания.

Броуновское движение равно тепловому движению молекул. Ошибка возникает потому, что оба движения беспорядочны, однако броуновской называют наблюдаемое движение крупной частицы под ударами молекул среды. Проверка: спросите себя, что именно видно в опыте.

Диффузия возможна только при перемешивании потоками. Потоки воздуха или жидкости действительно ускоряют перенос, но диффузия происходит и в неподвижной среде благодаря движению частиц. Проверка: представьте запах, распространяющийся в спокойном воздухе.

Между частицами действуют только силы притяжения. Притяжение удерживает частицы рядом, но при сильном сближении возникает резкое отталкивание. Проверка: именно отталкивание объясняет сопротивление сжатию.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны представления о веществе, его агрегатных состояниях и наблюдаемых свойствах тел. Эти знания позволяют связать микроскопическое строение с тем, что можно увидеть в опыте.

Положения теории станут основой для изучения массы и размеров молекул, количества вещества и температуры. Позже они помогут перейти от качественного описания частиц к физическим величинам.

Молекулярно-кинетическая теория понадобится при выводе уравнения состояния идеального газа и объяснении тепловых явлений. Через неё связывают давление, температуру и движение частиц.

Что запомнить

• Любое вещество состоит из огромного числа частиц.
• Частицы вещества непрерывно и хаотично движутся.
• Частицы взаимодействуют: притягиваются на одних расстояниях и отталкиваются при сближении.
• Диффузия подтверждает движение частиц вещества.
• Броуновское движение вызвано ударами молекул окружающей среды.
• С повышением температуры интенсивность теплового движения обычно увеличивается.