Энергия молекул — справочник студента

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества. В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

  • Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными и состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы (соответственно, анионы и катионы).
  • Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении и взаимодействии, скорость которого зависит от температуры, а характер – от агрегатного состояния вещества.
  • Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Атом – наименьшая химически неделимая частица элемента (атом железа, гелия, кислорода). Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекула состоит из одного и более атомов (вода – Н2О – 1 атом кислорода и 2 атома водорода). Ион – атом или молекула, у которых один или несколько электронов лишние (или электронов не хватает).

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Классическая электронная теория проводимости друде-лоренца - справочник студента

Оценим за полчаса!

Молекулы имеют чрезвычайно малые размеры. Простые одноатомные молекулы имеют размер порядка 10–10 м. Сложные многоатомные молекулы могут иметь размеры в сотни и тысячи раз больше. 

Беспорядочное хаотическое движение молекул называется тепловым движением. Кинетическая энергия теплового движения растет с возрастанием температуры. При низких температурах молекулы конденсируются в жидкое или твердое вещество. При повышении температуры средняя кинетическая энергия молекулы становится больше, молекулы разлетаются, и образуется газообразное вещество.

В твердых телах молекулы совершают беспорядочные колебания около фиксированных центров (положений равновесия). Эти центры могут быть расположены в пространстве нерегулярным образом (аморфные тела) или образовывать упорядоченные объемные структуры (кристаллические тела).

В жидкостях молекулы имеют значительно большую свободу для теплового движения. Они не привязаны к определенным центрам и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей.

В газах расстояния между молекулами обычно значительно больше их размеров. Силы взаимодействия между молекулами на таких больших расстояниях малы, и каждая молекула движется вдоль прямой линии до очередного столкновения с другой молекулой или со стенкой сосуда.

Среднее расстояние между молекулами воздуха при нормальных условиях порядка 10–8 м, то есть в сотни раз превышает размер молекул. Слабое взаимодействие между молекулами объясняет способность газов расширяться и заполнять весь объем сосуда.

В пределе, когда взаимодействие стремится к нулю, мы приходим к представлению об идеальном газе.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Концепции лидерского поведения - справочник студента

Оценим за полчаса!

Идеальный газ – это газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом, за исключением процессов упругого столкновения и считаются материальными точками.

В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C. Молекула углерода состоит из одного атома.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро: NА = 6,022·1023 моль–1.

Постоянная Авогадро – одна из важнейших постоянных в молекулярно-кинетической теории. Количество вещества определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро NА, или как отношение массы к молярной массе:

Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро (то есть на количество частиц в одном моле).

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль). Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса. В таблице Менделеева молярная масса указана в граммах на моль.

Таким образом имеем еще одну формулу:

Энергия молекул - Справочник студента

где: M – молярная масса, NA – число Авогадро, m0 – масса одной частицы вещества, N – число частиц вещества содержащихся в массе вещества m. Кроме этого понадобится понятие концентрации (количество частиц в единице объема):

Энергия молекул - Справочник студента

Напомним также, что плотность, объем и масса тела связаны следующей формулой:

Энергия молекул - Справочник студента

Если в задаче идет речь о смеси веществ, то говорят о средней молярной массе и средней плотности вещества. Как и при вычислении средней скорости неравномерного движения, эти величины определяются полными массами смеси:

Энергия молекул - Справочник студента Энергия молекул - Справочник студента

Не забывайте, что полное количество вещества всегда равно сумме количеств веществ, входящих в смесь, а с объемом надо быть аккуратными. Объем смеси газов не равен сумме объемов газов, входящих в смесь.

Так, в 1 кубометре воздуха содержится 1 кубометр кислорода, 1 кубометр азота, 1 кубометр углекислого газа и т.д.

Для твердых тел и жидкостей (если иное не указано в условии) можно считать, что объем смеси равен сумме объемов ее частей.

Источник: http://physik.itais.ru/ru/aerodinamika

Определение температуры. Энергия теплового движения молекул — Класс!ная физика

«Физика — 10 класс»

Какие макропараметры используют для описания состояния газа? Справедливо ли утверждение: «Чем быстрее движутся молекулы газа, тем выше его температура»?

Средняя кинетическая энергия молекул газа при тепловом равновесии.

Возьмём сосуд, разделённый пополам перегородкой, проводящей тепло. В одну половину сосуда поместим кислород, а в другую — водород, имеющие разную температуру.

Спустя некоторое время газы будут иметь одинаковую температуру, не зависящую от рода газа, т. е. будут находиться в состоянии теплового равновесия.

Для определения температуры выясним, какая физическая величина в молекулярно-кинетической теории обладает таким же свойством.

Так как концентрация молекул газа то из уравнения (9.7) получаем или или, согласно формуле (8.8),

При тепловом равновесии, если давление и объём газа массой m постоянны и известны, то средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определённое значение, как и температура.

Можно предположить, что при тепловом равновесии именно средние кинетические энергии молекул всех газов одинаковы.

Конечно, это пока только предположение. Его нужно экспериментально проверить. Практически такую проверку произвести непосредственно невозможно, так как измерить среднюю кинетическую энергию молекул очень трудно. Но с помощью основного уравнения молекулярно-кинетической теории её можно выразить через макроскопические параметры:

Энергия молекул - Справочник студента

Газы в состоянии теплового равновесия.

Рассмотрим следующий опыт. Возьмём несколько сосудов, заполненных различными газами, например водородом, гелием и кислородом. Сосуды имеют определённые объёмы и снабжены манометрами. Это позволяет измерить давление в каждом сосуде. Массы газов известны, тем самым известно число молекул в каждом сосуде.

Энергия молекул - Справочник студента

Приведём газы в состояние теплового равновесия. Для этого поместим их в тающий лёд и подождём, пока не установится тепловое равновесие и давление газов перестанет меняться (рис. 9.4). После этого можно утверждать, что все газы имеют одинаковую температуру 0 °С.

Давления газов р, их объёмы V и число молекул N различны. Найдём отношение для водорода. Если, к примеру, водород, количество вещества которого равно 1 моль, занимает объём VH2 = 0,1 м3 , то при температуре 0 °С давление оказывается равным рН2 = 2,265 • 104 Па. Отсюда

Энергия молекул - Справочник студента

Если взять водород в объёме, равном kVH2, то и число молекул будет равно kNA и отношение останется равным 3,76 • 10-21 Дж.

Такое же значение отношения произведения давления газа на его объём к числу молекул получается и для всех других газов при температуре тающего льда. Обозначим это отношение через Θ0. Тогда

Таким образом, наше предположение оказалось верным.

Средняя кинетическая энергия , а также давление р в состоянии теплового равновесия одинаковы для всех газов, если их объёмы и количества вещества одинаковы или если отношение

Соотношение (9.10) не является абсолютно точным. При давлениях в сотни атмосфер, когда газы становятся весьма плотными, отношение перестаёт быть строго определённым, не зависящим от занимаемых газами объёмов. Оно выполняется для газов, когда их можно считать идеальными.

Если же сосуды с газами поместить в кипящую воду при нормальном атмосферном давлении, то согласно эксперименту отношение по-прежнему будет одним и тем же для всех газов, но больше, чем предыдущее:

Определение температуры.

Можно, следовательно, утверждать, что величина Θ растёт с повышением температуры. Более того, Θ ни от чего, кроме температуры, не зависит. Ведь для идеальных газов Θ не зависит ни от рода газа, ни от его объёма или давления, а также от числа частиц в сосуде.

Этот опытный факт позволяет рассматривать величину Θ как естественную меру температуры, как параметр газа, определяемый через другие макроскопические параметры газа. В принципе можно было бы считать температурой и саму величину Θ и измерять температуру в энергетических единицах — джоулях.

  • Однако, во-первых, это неудобно для практического использования (температуре 100 °С соответствовало бы очень малое значение — порядка 10-21 Дж), а во-вторых, и это главное, уже давно температуру принято выражать в градусах.
  • Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Основные положения МКТ. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Почему тепловые явления изучаются в молекулярной физике — Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры молекул — Примеры решения задач по теме «Основные положения МКТ» — Броуновское движение — Силы взаимодействия молекул. Строение газообразных, жидких и твёрдых тел — Идеальный газ в МКТ.

Среднее значение квадрата скорости молекул — Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов — Примеры решения задач по теме «Основное уравнение молекулярно-кинетической теории» — Температура и тепловое равновесие — Определение температуры. Энергия теплового движения молекул — Абсолютная температура.

Температура — мера средней кинетической энергии молекул — Измерение скоростей молекул газа — Примеры решения задач по теме «Энергия теплового движения молекул» — Уравнение состояния идеального газа — Примеры решения задач по теме «Уравнение состояния идеального газа» — Газовые законы — Примеры решения задач по теме «Газовые законы» — Примеры решения задач по теме «Определение параметров газа по графикам изопроцессов»

Источник: http://class-fizika.ru/10_a192.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Полная энергия молекулы может быть представлена РІ РІРёРґРµ СЃСѓРјРјС‹ ЕЕал Екол Евращ Епост, РіРґРµ Еэл-энергия движения электронов, Екол — энергия колебания — ядер около СЃРІРѕРёС… положений равновесия, Евращ — энергия вращения молекулы как целого РІ пространстве Рё Епост — энергия поступательного движения.  [1]

Полная энергия молекул равна СЃСѓРјРјРµ кинетической ( поступательной), вращательной, колебательной Рё электронной энергии. Энергетические СѓСЂРѕРІРЅРё, соответствующие вращательной, колебательной Рё электронной энергии, всегда дискретны.  [2]

Полная энергия молекулы РІ нулевом приближении, следовательно, равна 2 ( f0, Р° ее волновая С„-ция СЂ, согласно Паули принципу, должна быть антисимметричной РїРѕ отношению Рє перестановке пространств, Рё спиновых координат электронов. Поскольку электроны принципиально неразличимы, безразлично, какой РёР· РЅРёС… будет находиться Сѓ определ.  [3]

Читайте также:  Работа и мощность переменного тока - справочник студента

Полная энергия молекул, конечно, должна быть отрицательной для химически связанной молекулы, Рё РѕРЅР° также должна быть меньше СЃСѓРјРјС‹ энергий отдельных атомов, РёР· которых построена молекула, если молекула стабильна РїРѕ отношению Рє диссоциации РЅР° атомы.  [4]

Полная энергия молекулы РІ приближении Хартри — Фока может составлять 98 — 99 % РѕС‚ ее экспериментального значения.

Тем РЅРµ менее для решения РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ химической задачи — изучения механизма протекания химической реакции приближение Хартри — Фока оказывается часто недостаточным.

РџСЂРё разумном выборе геминальных функций достигается более точное описание электронных характеристик молекулы РїРѕ сравнению СЃ однотерминантным ( РІ случае замкнутой электронной оболочки) приближением, однако для этого необходимо предварительно решить систему уравнений Хартри — Фока.  [5]

Энергия молекул - Справочник студента Энергия молекул РЎРќ4, NH3 OH2, FH.  [6]

Полные энергии молекул воспроизводятся, как правило, РІ приближении метода Хартри — Фока СЃ высокой степенью точности.  [7]

Полная энергия молекулы РІ этом случае оказывается равной — 25 6925 Р°. Повышением энергии РїСЂРё деформации молекулы Рё объясняется плоское строение формальдегида.  [9]

Полная энергия молекулы Рќ2Рћ определяется как разность между энергией, которой обладает неподвижная молекула Рќ2Рћ, Рё энергией покоящихся составляющих ее электронов Рё ядер РїСЂРё РёС… бесконечном разделении Эта энергия определяется РёР· атомных спектров РњРѕРѕСЂР°.  [11]

Полная энергия молекулы РїРѕ отношению Рє ее энергии РїСЂРё абсолютном нуле состоит РёР· кинетической энергии ее поступательного движения Рё ее вращательного движения, Р° также РёР· энергии, обусловленной колебаниями атомов РІ молекуле РїРѕ отношению РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ. Статистическая механика дает метод вычисления РЅРµ только полной ( внутренней) энергии, РЅРѕ Рё СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ энергии Рё энтропии совокупности большого числа молекул РїСЂРё данных условиях температуры Рё давления РЅР° основании сведений Рѕ составе энергии РѕРґРЅРѕР№ отдельной молекулы. Более того, оказывается, что предположение Рѕ внесении отдельных вкладов каждым РІРёРґРѕРј движения РІ полную ( внутреннюю) энергию почти полностью справедливо Рё РїРѕ отношению Рє СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ энергии Рё Рє энтропии.  [12]

Полная энергия молекулы непосредственно связана с ее геометрией.

Наибольшее значение в органической xih ин имеют несвязные взаимодействия, как отталкивание, так и притяжение, а также дестабилизация, обусловленная искажением длин.

Молекула стремится принять геометрию с минимальной энергией, что можно создать за счет вращения вокруг простых связей.

Различные геометрические формы молекулы, возможные вследствие вращения вокруг связей, называются конформациями.

Принципиальные РѕСЃРЅРѕРІС‹ анализа койформационных равновесий Рё процессов вращения развиты РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј РІ рамках классической механики. Недавно Рє проблеме детальной интерпретации геоиет СЂРёРё молекул, подошли Рё СЃ точки зрения квантовой механики.  [13]

Полная энергия молекулы Е состоит из потенциальной и кинетической энергий электронов и ядер. Кроме того, в нее входят и небольшие по величине магнитные составляющие энергии.

Энергия электронов и кулоновская энергия ядер представляет собой ту потенциальную энергию, под влиянием которой ядра совершают свои колебания.

Эта потенциальная энергия должна быть представлена ( Р—РіР°-6) — мерной [ или ( Р—РіР°-5) — мерной для линейной молекулы гиперповерхностью РІ ( Р—РіРµ-5) — мерном [ или РІ ( Р—РіРµ-4) — мерном ] пространстве.

Каждое электронное состояние молекулы характеризуется собственной гиперповерхностью.  [14]

Полная энергия молекулы состоит из потенциальной и кинетической энергий составляющих ее ядер и электронов.

Потенциальная энергия, под влиянием которой ядра совершают свои колебания, равна сумме кулоновской энергии ядер и энергии электронов.

Поскольку энергии основного и возбужденных электронных состояний различаются, каждое состояние имеет свою собственную поверхность потенциальной энергии.

Обычно нас интересует поверхность СЃ низшей потенциальной энергией, что соответствует РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРјСѓ состоянию молекулы. Естественно, реальное представление такой поверхности невозможно РІ силу ограниченности нашего действительного пространства.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id618689p1.html

Читать

М. А. Рябов, Е. Ю. Невская, Е. А. Сорокина, Т. Ф. Шешко

Сборник основных формул по химии

Краткий справочник студента

I. Общая химия

1. Основные понятия химии

Химия – наука о составе, строении, свойствах и превращениях веществ.

Атомно-молекулярное учение. Вещества состоят из химических частиц (молекул, атомов, ионов), которые имеют сложное строение и состоят из элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов).

  • Атом – нейтральная частица, состоящая из положительного ядра и электронов.
  • Молекула – устойчивая группа атомов, связанных химическими связями.
  • Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Элемент обозначают

где X – символ элемента, Z– порядковый номер элемента в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева, A – массовое число. Порядковый номер Z равен заряду ядра атома, числу протонов в ядре атома и числу электронов в атоме. Массовое число A равно сумме чисел протонов и нейтронов в атоме. Число нейтронов равно разности A – Z.

  1. Изотопы – атомы одного элемента, имеющие разные массовые числа.
  2. Относительная атомная масса (Ar) – отношение средней массы атома элемента естественного изотопического состава к 1/12 массы атома изотопа углерода 12С.
  3. Относительная молекулярная масса (Mr) – отношение средней массы молекулы вещества естественного изотопического состава к 1/12 части массы атома изотопа углерода 12С.

Атомная единица массы (а.е.м) – 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12С. 1 а.е. м = 1,66 × 10-24 г.

Моль – количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С. Моль – количество вещества, содержащее 6,02 • 1023 структурных единиц (атомов, молекул, ионов).

n = N/NA, где n – количество вещества (моль), N – число частиц, a NA – постоянная Авогадро. Количество вещества может обозначаться также и символом v.

  • Постоянная Авогадро NA = 6,02 • 1023 частиц/моль.
  • Молярная масса M (г/моль) – отношение массы вещества m(г) к количеству вещества n (моль):
  • М = m/n, откуда: m = М • n и n = m/М.

Молярный объем газа VM (л/моль) – отношение объема газа V (л) к количеству вещества этого газа n (моль). При нормальных условиях VM = 22,4 л/моль.

Нормальные условия: температура t = 0°C, или Т = 273 К, давление р = 1 атм = 760 мм. рт. ст. = 101 325 Па = 101,325 кПа.

  1. VM = V/n, откуда: V = VM • n и n = V/VM.
  2. В результате получается общая формула:
  3. n = m/M = V/VM = N/NA.
  4. Эквивалент – реальная или условная частица, взаимодействующая с одним атомом водорода, или замещающая его, или эквивалентная ему каким-либо другим способом.
  5. Молярная масса эквивалентов Мэ – отношение массы вещества к количеству эквивалентов этого вещества: Мэ = m/n(экв).
  6. В реакциях обмена зарядов молярная масса эквивалентов вещества

с молярной массой М равна: Мэ = М/(n × m).

В окислительно-восстановительных реакциях молярная масса эквивалентов вещества с молярной массой М равна: Мэ = М/n(ē), где n(ē) – число переданных электронов.

Закон эквивалентов – массы реагирующих веществ 1 и 2 пропорциональны молярным массам их эквивалентов. m1/m2 = МЭ1/МЭ2, или m1/МЭ1 = m2/МЭ2, или n1 = n2, где m1 и m2 – массы двух веществ, МЭ1 и МЭ2 – молярные массы эквивалентов, n1 и n2 – количества эквивалентов этих веществ.

  • Для растворов закон эквивалентов может быть записан в следующем виде:
  • cЭ1 • V1 = cЭ2 • V2, где сЭ1, сЭ2, V1 и V2 – молярные концентрации эквивалентов и объемы растворов этих двух веществ.
  • Объединенный газовый закон: pV = nRT, где p – давление (Па, кПа), V – объем (м3, л), n – количество вещества газа (моль), T – температура (К), T (К) = t (°C) + 273, R – константа, R = 8,314 Дж/(К × моль), при этом Дж = Па • м3 = кПа • л.

2. Строение атома и Периодический закон

Корпускулярно-волновой дуализм материи – представление о том, что каждый объект может иметь и волновые, и корпускулярные свойства.

Луи де Бройль предложил формулу, связывающую волновые и корпускулярные свойства объектов: λ = h/(mV), где h – постоянная Планка, λ – длина волны, которая соответствует каждому телу с массой m и скоростью V.

Хотя волновые свойства существуют для всех объектов, но наблюдаться они могут лишь для микрообъектов, имеющих массы порядка массы атома и электрона.

Принцип неопределенности Гейзенберга: Δ(mVx) • Δх > h/2n или ΔVx • Δx > h/(2πm), где m – масса частицы, x – ее координата, Vx – скорость в направлении x, Δ – неопределенность, погрешность определения. Принцип неопределенности означает, что нельзя одновременно сколь угодно точно указать положение (координату x) и скорость (Vx) частицы.

Частицы с маленькими массами (атомы, ядра, электроны, молекулы) не являются частицами в понимании этого механикой Ньютона и не могут изучаться классической физикой. Они изучаются квантовой физикой.

Главное квантовое число n принимает значения 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7, соответствующие электронным уровням (слоям) К, L, M, N, О, Р и Q.

Уровень – пространство, где расположены электроны с одинаковым числом n. Электроны разных уровней пространственно и энергетически отделены друг от друга, поскольку число n определяет энергию электронов Е (чем больше n, тем больше Е) и расстояние R между электронами и ядром (чем больше n, тем больше R).

Орбитальное (побочное, азимутальное) квантовое число l принимает значения в зависимости от числа n: l = 0, 1,…(n – 1). Например, если n = 2, то l = 0, 1; если n = 3, то l = 0, 1, 2. Число l характеризует подуровень (подслой).

Подуровень – пространство, где расположены электроны с определенными n и l. Подуровни данного уровня обозначаются в зависимости от числа l: s – если l = 0, p – если l = 1, d – если l = 2, f – если l = 3.

Подуровни данного атома обозначаются в зависимости от чисел n и l, например: 2s (п = 2, l = 0), 3d (n = 3, l = 2) и т. д.

Подуровни данного уровня имеют разную энергию (чем больше l, тем больше Е): Es< E < ЕА < … и разную форму орбиталей, составляющих эти подуровни: s-орбиталь имеет форму шара, p-орбиталь имеет форму гантели и т. д.

Источник: https://www.litmir.me/br/?b=273584&p=2

Ссылка на основную публикацию