Что является главным доказательством молекулярно кинетической теории
Диффузия, растворимость и броуновское движение могут быть объяснены только на основе представления о молекулярном строении веществ и являются убедительными обоснованиями первого и второго положений молекулярно-кинетической теории.
Броуновское движение.
Броуновское движение (брауновское движение) — беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды.
Впервые такое движение исследовал и описал в 1827 г. английский ботаник Р. Браун при изуении под микроскопом взвешенной в воде цветочной пыльцы. Он обнаружил, что частички пыльцы находятся в непрерывном беспорядочном движении, как бы исполняя дикий фантастический танец. Он писал: «Это движение, как я убежден, обусловлено не потоками жидкости, не постепенным ее испарением, а принадлежит самим частицам».
Наблюдаемые (броуновские) частицы размером
1 мкм и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории.
Подобный опыт можно проделать, пользуясь краской или тушью, предварительно растертой до таких мельчайших крупинок, которые видны лишь в микроскоп. Можно увидеть, что крупинки краски непрерывно движутся. Самые мелкие из них беспорядочно перемещаются с одного места в другое, более крупные лишь беспорядочно колеблются.
Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Например, в воздухе его совершают взвешенные там частицы пыли или дыма.
Броуновское движение никогда не прекращается! В капле воды (если не давать ей высохнуть) движение крупинок можно наблюдать в течение многих дней, месяцев, лет. Оно не прекращается ни летом, ни зимой, ни днем, ни ночью. В кусках кварца, пролежавших в земле тысячи лет, попадаются иногда капельки воды, замурованные в минерале. В этих капельках тоже наблюдали броуновское движение плавающих в воде частиц.
Интенсивность броуновского движения увеличивается с повышением температуры, уменьшением вязкости среды, уменьшением размера частиц. Оно не зависит от химической природы частиц и времени наблюдения.
Броуновское движение служит доказательством существования еще более мелких частиц — молекул жидкости, невидимых даже в самые сильные оптические микроскопы.
Броуновское движение объясняется тем, что благодаря случайной неодинаковости количества ударов молекул жидкости о частицу с разных направлений возникает равнодействующая сила определенного направления. Поскольку подобные флуктуации (флуктуация — случайное отклонение физической величины от ее среднего значения) очень кратковременны, то в следующий миг направление равнодействующей меняется и, следовательно, изменится направление перемещения частицы. Отсюда наблюдающаяся хаотичность броуновского движения, которая отражает хаотичность молекулярного движения.
Открытие броуновского движения имело большое значение для изучения строения вещества. Оно показало, что тела действительно состоят из отдельных частиц — молекул — и что молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении.
Полная теория броуновского движения была разработана Эйнштейном и Смолуховским в 1905-1906 гг. и экспериментально подтверждена Ж. Перреном. Выводы теории показали, что среднее значение квадрата смещения броуновской частицы за определенный промежуток времени пропорционально этому промежутку времени, температуре и постоянной Больцмана.
Эксперименты Ж. Перрена, в которых он определял положение одной определенной частицы через каждые 30 с, подтвердили выводы теории. Перрен проводил также опыты по проверке зависимости концентрации молекул газа от высоты и барометрической формулы — зависимости атмосферного давления от высоты. Он предположил, что броуновские частицы, являясь своего рода большими молекулами, должны подчиняться тем же законам, что и молекулы атмосферы, а, следовательно, их концентрация с высотой должна падать. Его эксперименты полностью подтвердили теорию. Они позволили ему определить постоянную Авогадро, значение которой совпало с уже известным.
Таким образом, броуновское движение является самым ярким подтверждением теплового движения молекул — одного из положений молекулярно-кинетической теории.
Диффузия.
Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называется диффузией.
Явление это объясняется свойством молекул находиться в беспрерывном движении.
Подтверждением движения молекул газа является всем известное распространение запаха какого-либо пахучего вещества, внесенного в комнату.
В жидкостях наблюдать взаимное проникновение одного вещества в другое можно, если в крепкий раствор медного купороса осторожно добавить воду. Вначале резкая граница между темно-голубым медным купоросом и бесцветной водой со временем исчезает. Механизм проникновения молекул следующий. Сначала вследствие движения отдельные молекулы воды и медного купороса, находящиеся около границы между ними, обмениваются местами. Молекулы медного купороса попадают в нижний слой воды, а молекулы воды — в верхний слой медного купороса. Граница между жидкостями из-за этого расплывается. Проникнув в слой «чужой» жидкости, молекулы начинают обмениваться местами с ее частицами, находящимся во все более глубоких слоях. Граница между жидкостями становится все более расплывчатой. Благодаря беспрерывному и беспорядочному движению молекул этот процесс, в конце концов, приводит к тому, что вся жидкость становится однородной.
В твердых телах также наблюдается диффузия. Так, в одном из опытов гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили друг на друга и сжали грузом. Через пять лет золото и свинец проникли друг в друга на 1 мм.
Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества и температуры тела. В газах, где расстояние между молекулами очень велико по сравнению с их размерами и движение молекул хаотично, скорость диффузии наибольшая. В жидкостях она меньше, так как и расстояние между молекулами меньше, и движение молекул чуть более упорядочено. В твердых телах, где наблюдается строгий порядок в расположении атомов (или молекул), а сами они совершают лишь небольшие колебательные движения около своих мест, скорость диффузии наименьшая.
Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.
Взаимодействие частиц вещества.
Третье положение MKT о взаимодействии молекул является очевидным. Достаточно вспомнить, сколько усилий требуется, чтобы сломать, скажем, деревянную палку.
Твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы, несмотря на то, что их молекулы разделены промежутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении.
Более того, твердое тело, например, трудно растянуть или сжать. Чем же объяснить, что молекулы в телах не только удерживаются друг около друга, но и в некоторых случаях промежутки между ними трудно увеличить?
Дело в том, что молекулы взаимодействуют друг с другом, и природа этого взаимодействия — электрическая. Молекула состоит из заряженных частиц — электронов и ядер. Заряженные частицы одной молекулы при соответствующих расстояниях взаимодействуют (притягиваются или отталкиваются) с заряженными частицами других молекул.
На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, результирующая сила взаимодействия определяется силами притяжения. Вклад последних по мере уменьшения расстояния между молекулами сначала растет, затем убывает. Силы взаимодействия обращаются в нуль, когда расстояние между молекулами становится равным сумме радиусов молекул.
Дальнейшее уменьшение расстояния приводит к перекрыванию электронных оболочек, что вызывает быстрое нарастание сил отталкивания.
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 16. Основные положения МКТ. Броуновское движение
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ), их экспериментальное подтверждение;
сравнение и объяснение понятия диффузии и броуновского движения;
оценка размеров молекул;
оценка сил взаимодействия молекул;
микроскопические параметры молекул вещества.
Атом – наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств.
Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами.
Макроскопическое тело – это тело, состоящее из огромного числа молекул.
Микроскопические параметры–параметры, характеризующие движение отдельной молекулы (масса молекулы, её скорость, импульс, кинетическая энергия и т.д.).
Макроскопические параметры – параметры, характеризующие свойства вещества как целого (масса вещества, давление, объем, температура).
Закон Авогадро: разные газы, объемы которых равны, при одной и той же температуре и давлении содержат одно и то же число молекул.
Закон кратности отношений (закон Дальтона): при образовании из двух элементов различных веществ, массы одного из элементов в разных отношениях находятся в кратных отношениях.
Тепловые явления – это явления, связанные с изменением температуры тела.
Тепловое движение – беспорядочное (хаотичное)и непрерывное движение частиц, из которых состоит вещество.
Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц.
Диффузия – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С.173 – 186.
Открытые электронные ресурсы
Основное содержание урока
Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Кроме механических свойств тел ( например, упругость) меняются сопротивление проводника, магнитные свойства, цвет тела и др.
Одна из основных задач молекулярной физики: найти законы, которые могли бы объяснить изменения в телах, когда с самими телами ничего не происходит с точки зрения механики.
Раздел физики, изучающий тепловые явления, называется молекулярной физикой.
Философы древности догадывались о том, что теплота – это вид внутреннего движения. Гипотеза Демокрита, что нет ничего, кроме атомов и пустого пространства, положила начало возникновению и развитию основных представлений МКТ.
Последовательная молекулярно-кинетическая теория начинает развиваться только в XVIII в. Большой вклад в развитие МКТ был сделан Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц тела. Огромный вклад в развитие атомной теории внесли Дмитрий Менделеев, Джон Дальтон, Амедео Авогадро.
В основе МКТ строения вещества лежат следующие утверждения:
1.Все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
2. Частицы движутся хаотично и непрерывно.
3.Частицы взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания.
Молекулы одного и того же вещества одинаковы. Молекулы состоят из атомов. Все атомы систематизированы на основе периодического закона Менделеева.
Размеры молекул настолько малы, что увидеть их можно только с помощью электронного микроскопа, ионного проектора. Один из опытов по оценке размеров молекул провел английский учёный Джон Рэлей.
.
Следовательно, линейный размер молекулы оливкового масла равен отношению объема капли к площади пленки:
Размер молекулы в данном опыте получался порядка:
.
Опытные подтверждения I положения МКТ:
закон Дальтона, дробление вещества; испарение жидкостей; расширение тел при нагревании; диффузия; деформация.
Опытные подтверждения II положения МКТ: диффузия; броуновское движение; стремление газа занять любой объем.
Опытные подтверждения III положения МКТ: деформация, смачивание, поверхностное натяжение жидкости, сохранение формы твердого тела.
Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц. Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости или газа о частицу не компенсируют друг друга.
Молекула – сложная система, состоящая из отдельных заряженных частиц: электронов и атомных ядер. В целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие.
Молекулы различных веществ взаимодействуют друг с другом. Силы взаимодействия зависят от типа молекул и расстояния между ними. Характер движения и расположения молекул определяет то или иное агрегатное состояние вещества.
При определённом расстоянии 
между молекулами сила притяжения становится равной силе отталкивания. Это расстояние считается равным диаметру молекулы и отсчитывается от их центров.
Если расстояния между молекулами превышают 2-3 диаметра молекул, то между молекулами действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила их взаимного притяжения сначала увеличивается, но одновременно увеличивается и сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону действия силы притяжения.
Если расстояния между молекулами становятся меньше размеров самих молекул, электронные оболочки атомов начинают перекрываться и быстро увеличивается сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону силы отталкивания.
Потенциальная энергия взаимодействия молекул и сила межмолекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами (рис.1).
1) При 
= 𝑟 потенциальная энергия минимальна, сила притяжения равна силе отталкивания;
2) при 
сила притяжения больше силы отталкивания;
3) при 
сила притяжения меньше силы отталкивания.
Силы взаимодействия молекул являются консервативными силами (потенциальными). Макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия является сила упругости.
Поскольку молекулы совершают перемещения или колебания, они обладают скоростью, отличной от нуля. Таким образом, отдельная молекула характеризуется массой, импульсом, скоростью и энергией движения. Перечисленные параметры называются микроскопическими параметрами.
Микросостояние – это способ реализации макросостояния системы.
Основные характеристики молекул и их систем, способы их расчёта:
а) порядок диаметра молекул:
б) скорость движения молекул: сотни метров в секунду;
в) атомная единица массы (а.е.м.) равна 
массы атома 
, то есть:
Относительная молекулярная (или атомная) масса – отношение массы m0 молекулы (или атома) данного вещества к 
массы атома углерода 
:
Молярная масса – масса одного моля вещества:
Моль – количество вещества, содержащее столько же молекул(атомов), сколько же содержится в углероде массой 0,012 кг.
Количество вещества – это отношение массы вещества к его молярной массе:
Количество вещества также равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро:
Число Авогадро – число молекул или атомов в 1 моле вещества:
Подсчёт броуновских частиц на разных высотах позволил французскому физику Жану Батисту Перрену определить постоянную Авогадро совершенно новым способом и выяснить, что распределение молекул по высоте определяют два фактора:
1) беспорядочное тепловое движение молекул газа;
2) действие на молекулы силы тяжести. Скорость теплового движения молекул увеличивается при повышении температуры газа и уменьшается с увеличением высоты.
Разбор тренировочных заданий
1. Что является главным доказательством молекулярно-кинетической теории? Подчеркните правильный ответ.
3) броуновское движение;
4) существование субатомных частиц.
Правильный вариант: 3) броуновское движение
2. Какой объем занимает 100 моль ртути?
Плотность ртути: 
(из табл. плотности веществ). С помощью таблицы Менделеева находим молярную массу ртути:
Записываем формулы массы:
Получаем формулу для объёма ртути
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 16. Основные положения МКТ. Броуновское движение
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ), их экспериментальное подтверждение;
сравнение и объяснение понятия диффузии и броуновского движения;
оценка размеров молекул;
оценка сил взаимодействия молекул;
микроскопические параметры молекул вещества.
Атом – наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств.
Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами.
Макроскопическое тело – это тело, состоящее из огромного числа молекул.
Микроскопические параметры–параметры, характеризующие движение отдельной молекулы (масса молекулы, её скорость, импульс, кинетическая энергия и т.д.).
Макроскопические параметры – параметры, характеризующие свойства вещества как целого (масса вещества, давление, объем, температура).
Закон Авогадро: разные газы, объемы которых равны, при одной и той же температуре и давлении содержат одно и то же число молекул.
Закон кратности отношений (закон Дальтона): при образовании из двух элементов различных веществ, массы одного из элементов в разных отношениях находятся в кратных отношениях.
Тепловые явления – это явления, связанные с изменением температуры тела.
Тепловое движение – беспорядочное (хаотичное)и непрерывное движение частиц, из которых состоит вещество.
Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц.
Диффузия – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С.173 – 186.
Открытые электронные ресурсы
Основное содержание урока
Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Кроме механических свойств тел ( например, упругость) меняются сопротивление проводника, магнитные свойства, цвет тела и др.
Одна из основных задач молекулярной физики: найти законы, которые могли бы объяснить изменения в телах, когда с самими телами ничего не происходит с точки зрения механики.
Раздел физики, изучающий тепловые явления, называется молекулярной физикой.
Философы древности догадывались о том, что теплота – это вид внутреннего движения. Гипотеза Демокрита, что нет ничего, кроме атомов и пустого пространства, положила начало возникновению и развитию основных представлений МКТ.
Последовательная молекулярно-кинетическая теория начинает развиваться только в XVIII в. Большой вклад в развитие МКТ был сделан Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц тела. Огромный вклад в развитие атомной теории внесли Дмитрий Менделеев, Джон Дальтон, Амедео Авогадро.
В основе МКТ строения вещества лежат следующие утверждения:
1.Все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
2. Частицы движутся хаотично и непрерывно.
3.Частицы взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания.
Молекулы одного и того же вещества одинаковы. Молекулы состоят из атомов. Все атомы систематизированы на основе периодического закона Менделеева.
Размеры молекул настолько малы, что увидеть их можно только с помощью электронного микроскопа, ионного проектора. Один из опытов по оценке размеров молекул провел английский учёный Джон Рэлей.
.
Следовательно, линейный размер молекулы оливкового масла равен отношению объема капли к площади пленки:
Размер молекулы в данном опыте получался порядка:
.
Опытные подтверждения I положения МКТ:
закон Дальтона, дробление вещества; испарение жидкостей; расширение тел при нагревании; диффузия; деформация.
Опытные подтверждения II положения МКТ: диффузия; броуновское движение; стремление газа занять любой объем.
Опытные подтверждения III положения МКТ: деформация, смачивание, поверхностное натяжение жидкости, сохранение формы твердого тела.
Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц. Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости или газа о частицу не компенсируют друг друга.
Молекула – сложная система, состоящая из отдельных заряженных частиц: электронов и атомных ядер. В целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие.
Молекулы различных веществ взаимодействуют друг с другом. Силы взаимодействия зависят от типа молекул и расстояния между ними. Характер движения и расположения молекул определяет то или иное агрегатное состояние вещества.
При определённом расстоянии между молекулами сила притяжения становится равной силе отталкивания. Это расстояние считается равным диаметру молекулы и отсчитывается от их центров.
Если расстояния между молекулами превышают 2-3 диаметра молекул, то между молекулами действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила их взаимного притяжения сначала увеличивается, но одновременно увеличивается и сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону действия силы притяжения.
Если расстояния между молекулами становятся меньше размеров самих молекул, электронные оболочки атомов начинают перекрываться и быстро увеличивается сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону силы отталкивания.
Потенциальная энергия взаимодействия молекул и сила межмолекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами (рис.1).
1) При = 𝑟 потенциальная энергия минимальна, сила притяжения равна силе отталкивания;
2) при сила притяжения больше силы отталкивания;
3) при сила притяжения меньше силы отталкивания.
Силы взаимодействия молекул являются консервативными силами (потенциальными). Макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия является сила упругости.
Поскольку молекулы совершают перемещения или колебания, они обладают скоростью, отличной от нуля. Таким образом, отдельная молекула характеризуется массой, импульсом, скоростью и энергией движения. Перечисленные параметры называются микроскопическими параметрами.
Микросостояние – это способ реализации макросостояния системы.
Основные характеристики молекул и их систем, способы их расчёта:
а) порядок диаметра молекул:
б) скорость движения молекул: сотни метров в секунду;
в) атомная единица массы (а.е.м.) равна массы атома , то есть:
Относительная молекулярная (или атомная) масса – отношение массы m0 молекулы (или атома) данного вещества к массы атома углерода :
Молярная масса – масса одного моля вещества:
Моль – количество вещества, содержащее столько же молекул(атомов), сколько же содержится в углероде массой 0,012 кг.
Количество вещества – это отношение массы вещества к его молярной массе:
Количество вещества также равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро:
Число Авогадро – число молекул или атомов в 1 моле вещества:
Подсчёт броуновских частиц на разных высотах позволил французскому физику Жану Батисту Перрену определить постоянную Авогадро совершенно новым способом и выяснить, что распределение молекул по высоте определяют два фактора:
1) беспорядочное тепловое движение молекул газа;
2) действие на молекулы силы тяжести. Скорость теплового движения молекул увеличивается при повышении температуры газа и уменьшается с увеличением высоты.
Разбор тренировочных заданий
1. Что является главным доказательством молекулярно-кинетической теории? Подчеркните правильный ответ.
3) броуновское движение;
4) существование субатомных частиц.
Правильный вариант: 3) броуновское движение
2. Какой объем занимает 100 моль ртути?
Плотность ртути: (из табл. плотности веществ). С помощью таблицы Менделеева находим молярную массу ртути:
Записываем формулы массы:
Получаем формулу для объёма ртути