2. Մոլեկուլային կինետիկ տեսության
հիմնադրույթները
Նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային-կինետիկ 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:
3. 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`
4. 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:
5. 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`
6. 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 ՄՀ-ում մոլային զանգվածի միավորը 1կգ/մոլ-ն է:
7. 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`
8. 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:
9. http://goo.gl/xZ69o5
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:
10. 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:
11. 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:
12. 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:
13. 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 1մ3-ում 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:
14. 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:
