Основы молекулярно-кинетической теории

1.

БИОФИЗИКА
ЛЕЖНЕВА НИНА ВЯЧЕСЛАВОВНА
К.Т.Н., Д.П.Н., профессор
[email protected]

2.

Основы
молекулярно-кинетической
теории
Молекулярно-кинетическая теория
(МКТ) – это учение, которое объясняет
тепловые явления в макроскопических
телах и внутренние свойства этих тел
движением и взаимодействием атомов,
молекул и ионов, из которых состоят
тела

3.

В основе МКТ строения вещества лежат
три положения:
Первое положение
• Вещество состоит из частиц
– молекул, атомов и ионов.
• В состав этих частиц входят
более мелкие элементарные
частицы

4.

Первое положение МКТ
Молекула – наименьшая устойчивая частица
данного вещества.
Молекула обладает основными химическими
свойствами вещества.
Молекула является пределом деления
вещества, то есть самой маленькой частью
вещества, которая способна сохранять
свойства этого вещества
Атом – это наименьшая частица данного
химического элемента.

5.

Второе положение МКТ
• Частицы, из которых состоит
вещество, находятся в непрерывном
хаотическом (беспорядочном)
движении

6.

Третье положение МКТ
Частицы вещества взаимодействуют
друг с другом – притягиваются и
отталкиваются

7.

• График зависимости силы
взаимодействия двух молекул от
расстояния между ними
На расстоянии r= r 0
результирующая сила F=0, F
т.е. силы притяжения и
отталкивания
уравновешивают друг
друга. Поэтому расстояние r 0
соответствует равновесному
расстоянию между
молекулами

8. Основные понятия МКТ

Моль - количество вещества, содержащее
одно и то же число частиц, названное
постоянной Авогадро
Молярная масса (М) – масса вещества, взятого
в количестве 1 моль (Кг/моль)
Масса одной молекулы
выражается формулой

9.

Количеством вещества ν (ню) - иногда
обозначается n
физическая величина, характеризующая
количество однотипных структурных единиц,
содержащихся в веществе.
Под структурными единицами понимаются любые
частицы, из которых состоит вещество (атомы,
молекулы, ионы, электроны или любые другие
частицы)
Единица измерения количества вещества в
Международной системе единиц (СИ) — моль

10.

Количеством вещества ν (ню)
По закону Авогадро, количество газообразного
вещества можно также определить на основании
его объёма: = V / Vm, где V — объём газа при
нормальных условиях, а Vm — молярный объём
газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль.

11. Основные понятия МКТ

Идеальным газом называется газ, в
котором молекулы движутся свободно и
взаимодействуют между собой и со
стенками сосуда только при столкновениях
Модель идеального газа
удовлетворительно описывает
достаточно разреженные
газы.

12. Явления переноса

Нарушение равновесия
сопровождается
возникновением потоков
либо молекул, либо
тепла, либо
электрического заряда и
т. п. В связи с этим
соответствующие
процессы носят название
явлений переноса
•диффузия,
•Теплопроводность
•внутреннее
трение

13. Явления переноса

1.Диффузия – это обусловленное тепловым
движением молекул проникновение одних
веществ в объём, занятый другими веществами
Явление диффузии для
химически однородного газа
подчиняется закону Фика:
jm — плотность потока массы
D —коэффициент диффузии
dρ/dx — градиент плотности

14. Коэффициент диффузии

jm — плотность потока массы
D —коэффициент диффузии
dρ/dx — градиент плотности
Коэффициент диффузии позволяет провести оценку
количества вещества, прошедшего через единицу площади
(квадратный метр) за единицу времени (секунду).
Единица измерения м²/с
Коэффициент диффузии определяется
свойствами среды и типом диффундирующих
частиц

15. Диффузия и осмос

В том случае, если диффундирующие
вещества встречают на своем пути мембрану,
движение замедляется, а в некоторых случаях
прекращается. Диффузия воды по
направлению от своего большего к меньшему
химическому потенциалу через мембрану
носит название осмоса

16. Диффузия и осмос

Иначе говоря, осмос - это диффузия воды или
другого растворителя через полупроницаемую
перепонку, вызванная разностью
концентраций или разностью химических
потенциалов

17.

18.

19. Закон Вант-Гоффа

Мерой интенсивности протекания
осмоса является осмотическое
давление, которое согласно закону
Вант-Гоффа (1887г.) зависит от
молярной концентрации
раствора (СМ ) и температуры (Т):
Росм=СМ∙R∙T,
Якоб Хендрик
где R – газовая
Вант-Гофф
постоянная, равная
νRT
1852-1911,
8,31Дж/моль∙К;
V
голландский
ИЛИ:
химик

20. Явления переноса

2.Теплопроводность – это процесс переноса
тепловой энергии, обусловленный
хаотическим движением молекул
Перенос энергии в форме теплоты подчиняется
закону Фурье:
jE - плотность теплового потока
λ –теплопроводность
- градиент температуры

21. Явления переноса

3.Внутреннее трение (вязкость) возникает вследствие
переноса импульса молекул между слоями
сила внутреннего
трения между двумя
слоями газа (жидкости)
подчиняется закону
Ньютона:
η - динамическая вязкость
dv/dx - градиент скорости,
S - площадь, на которую действует сила F.

22.

Идеальным газом называется газ, в
котором молекулы движутся свободно и
взаимодействуют между собой и со
стенками сосуда только при
столкновениях.
Модель идеального газа
удовлетворительно описывает
достаточно разреженные газы

23. Основные параметры газа

Р - давление
V – объем
T-температура
уравнение Менделеева-Клапейрона
Универсальная
газовая постоянная

24. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

Изобарный процесс
Закон Гей- Люссака:
для газа постоянной массы
отношение объема к
температуре постоянно,
если давление газа не
меняется

25. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

Изохорный процесс
Закон Шарля: для газа
постоянной массы
отношение давления к
температуре постоянно,
если объем не изменяется.

26. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

Изотермический процесс
Закон Бойля-Мариотта:
для газа постоянной массы
произведение давления на
объем остается
постоянным, если
температура газа не
изменяется.
открыт в 1662 году Робертом Бойлем
и независимо переоткрытый Эдмом
Мариоттом в 1676 году
Т=const
pV=const

27. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Молекул в реальной системе
отлично от того, как это
описывается для идеального
газа
Йоханнес
Дидерик Ван
дер Ваальс
(1837-1923,
голландский
физик
Наибольшее распространение
вследствие простоты и
физической наглядности
получило уравнение
Ван-дер-Ваальса

28.

29. Внутренняя энергия реального газа

Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
складывается из его кинетической энергии
(энергии теплового движения молекул) и
потенциальной. Для одного моля газа:
где -СV молярная
теплоёмкость при
постоянном объёме,
а -поправка учитывает
которая не зависит от
силы притяжения
температуры Т
между молекулами
V -объем газа