Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմունքները

Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնադրույթներըՄոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնադրույթները
Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնադրույթներըՄոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնադրույթները

Նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային­կինետիկ տեսության հիմքում ընկած են հետևյալ երեք դրույթները.

Նյութը կազմված է մասնիկներց` ատոմներից և մոլեկուլներից,

Ատոմները և մոլեկուլները անընդհատ, քաոսային(ջերմային) շարժման մեջ են,

Նյութի մասնիկները փոխազդում են իրար հետ:

Բոլոր նյութերի հատկությունները որոշվում են դրանց մասնիկների` ատոմների և մոլեկուլների շարժմամբ և փոխազդեցությամբ: Մարմնի մասնիկների գոյության, ինչպես և նրանց անընդհատ, քաոսային շարժման ամենահամոզիչ ապացույցներից են դիֆուզիայի երևույթը և բրոունյան շարժումը:

Ատոմների և մոլեկուլների չափերը: Եթե ջրի մակերևույթին կաթեցնենք ջրում չլուծվող որևէ հեղուկի, օրինակ` յուղի մի կաթիլ, որի V ծավալը հայտնի է, ապա այն կտարածվի ջրի մակերևույթին` առաջացնելով թաղանթ: Չափելով թաղանթի S մակերեսը` կարելի է գնահատել թաղանթի հաստությունը, որի ամենափոքր հնարավոր արժեքն էլ հենց կլինի թաղաթի մասնիկների չափը`  d=V/S: Օգտվելով փորձի արդյունքներից (V=0,1մմ3 ծավալով յուղի կաթիլի թաղանթի մակերեսը` S=0,5մ2)` մասնիկի չափի համար ստանում ենք d=2x10-10մ արժեքը: Փոքր մեծությունների չափերը հարմար է արտահայտել անգստրեմով(Å) կամ նանոմետրով(նմ):

1 Å=10-8սմ=10-10մ

1նմ=10-9մ=10 Å

Մոլկուլների զանգվածը: Գիտենալով 1կգ ջրում պարունակվող մոլեկուլների թիվը(3,7x1025)` կարելի է գնահատել ջրի մեկ մոլեկուլի զանգվածը`

Նյութի քանակ: Ավոգադրոյի հաստատուն

Հարաբերական մոլեկուլային զանգված: Որպես Մոլեկուլների զանգվածների միավոր, ընդունված է ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12 մասը, որը հայտնի որպես «զանգվածի ատոմային միավոր»(զ.ա.մ.): Նյութի հարաբերական մոլեկուլային զանգված`Mr, անվանում են տվյալ նյութի մոլեկուլի զանգվածի և ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12 մասի(1 զ.ա.մ.) հարաբերությունը`

Նյութի մոլեկուլային զանգվածը չափայնություն չունեցող մեծություն է:

Նյութի քանակ: Տվյալ մարմնի մեջ նյութի պարունակությունը կախված է այդ մարմնի մասնիկների թվից, որքան շատ են մոլեկուլները կամ ատոմները, այնքան ավելի շատ նյութ է պարունակում տվյալ մարմինը: Մակրոսկոպական մարմնում մոլեկուլների թիվը չափազանց փոքր է, ուստի` նպատակահարմար է ընտրել մասնիկների որոշակի չափ և նրա միջոցով արտահայտել մասնիկների թիվը տվյալ մարմնում: Որպես այդպիսի չափ ընդունված է 1,012 կգ ածխածնում պարունակվող ատոմների թիվը`NA-ն(Ավոգադրոյի հաստատուն): Նյութի քանակ` ν(նյու) անվանում են տվյալ մարմնում պարունակվող մոլեկուլների N թվի և Ավոգադրոյի NA հաստատունի հարաբերությունը

Գիտենալով նյութի քանակը ν , կարող ենք հաշվել մարմնում պարունակվող մոլեկուլների թիվը  N= νNA: Միավորների ՄՀ­-ում որպես նյութի քանակի միավոր ընդունված է մոլը: Մեկ մոլը նյութի այն քանակն է, որը պարունակում է Ավոգադրոյի հաստատունին հավասար թվով մոլեկուլ: Մոլը ՄՀ-­ի հիմնական միավոր է:

Ավոգադրոյի NA հաստատունի արժեքը որոշելու համար անհրաժեշտ է ածխածնի մեկ մոլի զանգվածը բաժանել ածխածնի մեկ ատոմի m1c զանգվածին: Ճշգրիտ չափումների համաձայն` m1c =1,995 x 1026մոլ-1 հետևաբար

Մոլային զանգված: Մոլային զանգված է կոչվում մեկ մոլ նյութի զանգվածը: Այն արտահայտվում է Ավոգադրոյի հաստատունի միջոցով: Եթե տվյալ նյութի մոլեկուլի զանգվածը m1 է, իսկ մեկ մոլում մոլեկուլների թիվը` Na, ապա մոլային զանգվածը`

Միավորների ՄՀ­ում մոլային զանգվածի միավորը 1կգ/մոլ­ն է:

 Մոլային ծավալ:  Մոլային ծավալը մեկ մոլ նյութի զբաղեցրած ծավալն է: Այն կարելի է արտահայտել  նյութի  խտության և M մոլային զանգվածի միջոցով 

Միավորների ՄՀ­-ում մոլային ծավալն արտահայտվում է մ3/մոլ միավորով: Եթե նյութի ծավալը V է, ապա  նյութի քանակը կարելի է արտահայտել V-ի և VM մոլային ծավալի միջոցով

Բրոունյան շարժում

Մոլեկուլների գոյության և նրանց քաոսային շարժման ամենահամազիչ ապացույցներից մեկը բրոունյան շարժումն է, որն առաջին անգամ դիտել է Ռոբերտ Բրոունը: Մանրադիտակով ուսումնասիրելով ջրի կաթիլը` Բրոունը ուշադրություն է դարձրել դրա մեջ լողացող գետնամուշկի սերմերի անկանոն, երբեք չդադարող շարժմանը: Անընդհատ և համասեռ թվացող լուծույթի կաթիլը մանրադիտակի տակ բոլորովին այլ տեսքով է ներկայանում, դիտվում են տարբեր չափերով և անկանոն ձևերով կտորներ, որոնք լողում են անգույն հեղուկում: Այդ կտորները ոչ թե մոլեկուլներ են, այլ մասնիկներ են որոնց անվանում են բրոունյան: Բրունյան շարժման որակական բացատրությունը տրվել է տասնիններորդ դարի երկրորդ կեսին, որի էությունը հետևյալն է: Ջրի մոլեկուլներն անընդհատ, ջերմային շարժման մեջ են, և ջրում «կախված» նյութի փոքր կտորները` բրոունյան մասնիկները, բոլոր կողմերից կրում են շրջապատի մոլեկուլների հարվածները:

Մի կողմից` բրոունյան մասնիկը պետք է լինի այնքան մեծ, որ տեսանելի լինի մանրադիտակի միջոցով: Մյուս կողմից` այն պետք է լինի այնքան փոքր, որ կարողանա «ենթարկվել» միջավայրի մասնիկներից նրա վրա ազդող ուժերի արագ, պատահական ձևով փոփոխվող, փոքր համազոր ուժի ազդեցությանը: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց բրոունյան շարժումն ուժգնանում է, բրոունյան մասնիկի` հաջորդական դիրքերը միացնող բեկյալը դառնում է ավելի խճճված և անկանոն: Այս փաստը մեկ անգամ ևս դրսևորում է բրոունյան մասնիկի և միջավայրի մոլեկուլների ջերմային շարժման սերտ կապը:

Դիֆուզիա 

Մոլեկուլների և ատոմների երբեք չդադարող քաոսային շարժման համոզիչ ապացույցներից մեկն էլ դիֆուզիայի երևույթն է, երբ տարբեր նյութեր ինքնաբերաբար, այսինք` առանց արտաքին գործոնների ազդեցության, միախառնվում են:

Եթե ջրով լցված բաժակի մեջ զգուշությամբ կաթեցնենք սննդային ներկանյութի մի կաթիլ, ապա կտեսնենք, որ ջուրն աստիճանաբար ներկվում է: Այս պրեցեսը կարող է տևել ժամեր, և արդյունքում կառաջանա միագույն ներկված համասեռ հեղուկ: Ներկանյութը խառնվում է ջրին ինքնաբերաբար` առանց արտաքին միջամտության: Դիֆուզիան գազերում կատարվում է ավելի արագ, քան հեղուկներում: Օրինակ օծանելիքի հոտի տարածումը սենյակում, ծխի տարածումը օդում և այլն:

Դիֆուզիայի երևույթը բացատրվում է նյութերի մոլեկուլների քաոսային շարժմամբ: Մի նյութի մոլեկուլները, շարժվելով քաոսային ձևով և բախվելով միմյանց, թափանցում են մյուս նյութի միջմոլեկուլային տարածությունները, որը հանգեցնում է նյութերի փոխադարձ ներթափանցման  և, ի վերջո, համասեռ խառնուրդի առաջացման: Դիֆուզիայի արագությունը կախված է ներթափանցող նյութերի խտությունից: Դիֆուզիայի արագությունը կախված է նաև նյութի ագրեգատային վիճակից: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց դիֆուզիայի արագությունը մեծանում է:

Մոլեկուլների փոխազդեցությունը

Ատոմների և մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերի գոյության ամենահամոզիչ ապացույցը հեղուկ և պինդ մարմինների գոյությունն է: Մոլեկուլային ուժերն ունեն և´ ձգողական և´ վանողական բնույթ: Ատոմը կազմված է դրական լիցք ունեցող միջուկից և բացասական լիցք ունեցող էլեկտրոններից և էլեկտրաչեզոք է: Սակայն էլեկտրաչեզոք ատոմների փոխազդեցության ուժերը պայմանավորված են հարևան ատոմների էլեկտրոնների և միջուկների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությամբ:

Գազային, հեղուկ և պինդ մարմինների կառուցվածքը

Գազեր:  Գազերում ատոմների և մոլեկուլների միջև հեռավորությունները զգալիորեն գերազանցում են գազի մոլեկուլների չափերը: Հայտնի է, որ նորմալ պայմաններում օդի յուրաքանչյուր 1մ3­ում պարունակվում է մոտ 2,7x1025 մոլեկուլ: Յուրաքանչյուր մոլեկուլին բաժին ընկնող ծավալը` V0=1մ3/2,7x1025≈3.7x10-26մ3:

Եթե V0 ծավալը ներկայացնենք որպես a կող ունեցող խորանարդ(V0 ≈ a3),ապա մոլեկուլների a միջին հեռավորության համար կստանանք` ≈ 3,3x10-9մ, որն ավելի քան 10 անգամ գերազանցում է մոլեկուլների չափերը:

Հեղուկներ: Հեղուկների խտությունը զգալիորեն գերազանցում գազերի խտությունը: Պատճառն այն  է, որ հեղուկի մոլեկուլներն իրար շատ մոտ են, որն էապես ազդում է մոլեկուլների շարժման վրա:

Քանի որ հեղուկում մոլեկուլներն իրար շատ մոտ են, ապա դրանց ավելի մոտեցնելը հանգեցնում է մոլեկուլների էլեկտրոնային թաղանթների վերադրման և հզոր վանողության ուժերի ի հայտ գալուն: Սա է պատճառը, որ ի տարբերություն գազերի, հեղուկները շատ քիչ են սեղմվում և ունեն որոշակի սեփական ծավալ:

Պինդ մարմիններ: Ի տարբերություն հեղուկների` պինդ մարմիններն ունեն և´որոշակի ծավալ, և´ որոշակի ձև: Պինդ մարմինների խտությունը քիչ է տարբերվում հեղուկների խտությունից:

Եթե տարածության մեջ մասնիկների հավասարակռության դիրքերը մտովի միացնենք ուղիղներով, ապա կստանանք բյուրեղի տարածական կամ բյուրեղային ցանց: Ներքին կանոնավոր կառուցվածք ունեցող պինդ մարմինները կոչվում են բյուրեղներ: