Základní poznatky molekulové fyziky a termodynamiky Zpracoval: David Mayer, 4.A Základní poznatky molekulové fyziky a termodynamiky

Pojmy termodynamika – vědní obor zkoumající přeměny energie a tepelné děje molekulová fyzika – zkoumá částicové složení látek, jejich pohyb, síly, které mezi nimi působí tepelné jevy výměna tepla mezi tělesy tepelná roztažnost změna skupenství

Tepelné jevy zkoumají dvě metody: Termodynamická metoda Statistická metoda - Vychází z vnějšího pozorování (tlak, teplota, objem) - Vychází z vnitřní struktury těles - Nevíme nic o vnitřní struktuře zkoumaných těles - Uvažujeme částicové složení tělesa - Metoda se používá v oboru nazývaném termodynamika - Metoda se používá v oborech molekulová fyzika a statická fyzika - Historicky starší a jednodušší - Složitější a mnohem širší

Kinetická teorie látek Tyto dvě metody nám poskytují dva různé pohledy na stejnou věc. Základem molekulové a statistické fyziky je KINETICKÁ TEORIE LÁTEK Základem jsou tři experimentálně ověřené poznatky:

1) Látky kteréhokoli skupenství se skládají z částic částice (atomy, molekuly, ionty) nespojitá (diskrétní) struktura částice nelze pozorovat pouhým okem, používají se různé zobrazovací metody

2) Částice se v látkách neustále neuspořádaně pohybují vykonávají posuvný, otáčivý nebo kmitavý pohyb u tělesa, které je v klidu, nepřevládá žádný směr pohybu částic, každý směr je stejně pravděpodobný neustálý neuspořádaný pohyb se nazývá tepelný pohyb a je ve všech skupenstvích látek

Difúze je samovolné pronikání částic látky z prostředí se vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací probíhá velmi rychle u plynů, pomaleji u kapalin a velmi pomalu u pevných látek vysvětluje ji tepelný pohyb částic při vyšší teplotě probíhá rychleji

Tlak plynu částice narážejí na stěny nádoby, což v nádobě vyvolává tlak základní rovnice pro tlak plynu:

Jak vzniká tlak v plynu? Jak tlačí například plyn na stěny balónku? Molekuly letící ke stěně balónku do ní narazí a odrazí se zpátky ⇒ tím zatlačí na stěnu ⇒ součtu těchto zatlačení říkáme tlak ⇒ Nárazy nejsou ani stejné ani pravidelné Velké množství nárazů se zprůměruje, ale přesto tlak kolísá

Brownův pohyb je náhodný pohyb mikroskopických částic v kapalném nebo plynném médiu  jeden z důkazů tepelného pohybu částic Pozorování pylových zrnek ve vodě pylové zrnko se nazývá Brownova částice příčinou pohybu je narážení částic vody na zrnko tyto jevy a také tlak plynu dokazují, že se částice v látkách neustále neuspořádaně pohybují

3) Částice na sebe navzájem působí přitažlivými a odpudivými silami tyto síly jsou při malých vzdálenostech odpudivé a při větších přitažlivé původ sil je v elektrických silách o existenci těchto sil vypovídají jevy jako Soudržnost u pevných těles, nebo Přilnavost dvou dotýkajících se těles a Pevnost látek

Vzájemné působení částic Potenciální energie částic mezi částicemi působí odpudivé a přitažlivé elektrické síly Těmto silám se říká vazebné síly (chemické vazby). Tyto síly určují strukturu molekul. Proto máme molekuly dvouatomové (lineární), tříatomové (lineární, rovinné (trojúhelník)) a víceatomové. Z existence vzájemného působení mezi částicemi také vyplývá, že soustava částic má potenciální energii.

Modely struktur látek různých skupenství slouží k lepšímu chápání vlastností látek a dějů v nich probíhajících plynné látky pevné látky kapalné látky

Plynná látka skládají se z jednoho nebo více atomů, mají různé tvary a rozměry za normálních podmínek jsou vzdálenosti mezi molekulami přibližně 50x větší než velikosti molekul přitažlivé síly jsou zanedbatelné částice plynu konají tepelný pohyb, každý směr je stejně pravděpodobný a je ovlivněn srážkami mezi částicemi částice vykonávají všechny druhy pohybu, čím větší je teplota, tím je větší střední rychlost částic Ep << Ek

Pevná látka částice jsou pravidelně uspořádané, tvoří krystalovou strukturu vzájemné přitažlivé síly způsobují, že pevné látky mají svůj tvar a objem částice vykonávají kmitavý pohyb (chaoticky – výchylky jsou různé) výchylky od rovnovážných stavů částic se zvětšují s teplotou a jsou největší těsně před teplotou tání Ep > Ek

Kapalná látka částice nejsou tak volné, jak částice plynu přitažlivé síly nejsou tak silné, aby kapaliny měly svůj stálý tvar, ale mají stálý objem působí-li na kapalinu vnější síla, dělí se přesuny částic kapaliny, proto je kapalina tekutá Ep = Ek

Pojmy a veličiny popisující soustavu částic atom základní stavební částice všech látek skládá se z jádra protonové číslo Z neutronové číslo N nukleonové číslo A a obalu obal obsahuje elektrony e-

prvek chemicky čistá látka složená z atomů se stejným protonovým číslem nuklid látky z atomů jejichž jádra mají stejné protonové číslo, stejné neutronové číslo a tedy stejné nukleonové číslo Ar relativní atomová hmotnost atomu prvku udává kolikrát je hmotnost atomu prvku X větší než atomová hmotnostní konstanta (1/12 hmotnosti atomu nuklidu 126C, 1,661 x 10-27 kg)

Mm molární hmotnost je hmotnost jednoho molu látky je dána podílem hmotnosti látky m a látkového množství n Mr Relativní molekulová hmotnost (též poměrná molekulová hmotnost) je podíl klidové hmotnosti molekuly a atomové hmotnostní konstanty. Číselně je blízká nukleonovému číslu. n látkové množství, charakterizuje množství částic v látce základní jednotkou látkového množství je mol vzorec látky má látkové množství 1 mol, obsahuje-li právě tolik částic, kolik je atomů ve 12 g čistého atomu nuklidu 126C

NA Avogadrova konstanta udává počet částic odpovídající látkovému množství 1 mol = 6,023 x1023 mol-1 Vm molární objem je objem 1 molu látky jednotka: m3/mol

Děkuji za pozornost!