Základní poznatky molekulárně kinetické teorie stavby látek

Základem kinetické teorie látek jsou tři experimentálně ověřené poznatky:

1. Látky kteréhokoliv skupenství se skládají z částic (molekuly, atomy, ionty)

• tyto částice nevyplňují veškerý prostor tělesa z dané látky – struktura látky je nespojitá (diskrétní)

2. Částice se v látkách neustále a neuspořádaně (chaoticky) pohybují

• pohyb může být: posuvný, otáčivý nebo kmitavý
• u klidného tělesa nepřevládá v daném okamžiku žádný směr pohybu částic a všechny směry jsou stejně pravděpodobné
• o neustálem neuspořádaném pohybu částic (tepelném pohybu) svědčí jevy jako difúze, Brownův pohyb, rozpínání plynu (viz 2.)

3. Částice na sebe navzájem působí přitažlivými a odpudivými silami. Velikost těchto sil závisí na vzdálenosti mezi částicemi (viz 1.)

1. Silové působení mezi částicemi v látce, příslušný graf

Částice na sebe navzájem působí silami, které jsou při malých vzálenostech odpudivé, při větších vzdálenostech přitažlivé. Tyto síly mají původ v elektrických silách (kladně nabitá jádra a záporně nabité elektronové obaly atomů)

při stlačování tělesa (částice k sobě přibližujeme) i při prodlužování tělesa (částice od sebe oddalujeme – např. u pružiny) pociťujeme odporovou sílu

Textové pole: Graf závislosti velikosti síly, která působí mezi dvěma částicemi na jejich vzájemnou vzdálenost r

podle dohody nanášíme přitažlivé síly pod osu r, odpudivé síly nad tuto osu

• ve vzdálenosti r0 je síla, kterou na sebe částice působí, nulová – částice se nacházejí v rovnovážné poloze
• ve vzdálenosti > r0 se částice navzájem přitahují. Nejdříve se velikost přitažlivé síly zvětšuje, poté se přitažlivá síla rychle zmenšuje – proto je každá částice přitahována jen nejbližšími částicemi v jejím okolí
• ve vzdálenosti < r0 je síla působící na částice odpudivá, tato síla velmi rychle roste se zmenšující se vzdáleností

Z existence vzájemného působení částic vyplývá, že soustava částic má potenciální energii

pokud jsou částice v rovnovážné poloze, mluvíme o vazebné energii (je rovna práci, kterou by bylo třeba vykonat k rozrušení vazby mezi částicemi)

2. Difúze, Brownův pohyb, rozpínání plynu

Difúze, Brownův pohyb, rozpínání plynu svědči o existenci tepelného pohybu (neustálý a neuspořádaný pohyb částic)

Difúze – samovolné pronikání částic látek, probíhá v plynech, kapalinách i pevných látkách a se zvětšující se teplotou se zrychluje

Brownův pohyb – neustálý a neuspořádaný pohyb mikroskopem pozorovatelných částic (Brownovi částice – velikost řádově 1 um – např. pylová zrnka) v kapalině nebo plynu. Protože je povrch Brownovi částice velmi malý, projeví se na jejím pohybu různé hodnoty hybností molekul kapaliny (resp. plynu), které na částici působí. U větší částice by počet nárazu molekul kapaliny (resp. plynu) byl podstatně větší a žádný směr by nepřevládal Rozpínání plynu – vlivem ne příliš velké přitažlivé síly částic plynu a zároveň vlivem tepelného pohybu plyn zaujímá samovolně čím dál větší prostor, rozpíná se

3. Rovnovážný stav látky, rovnovážný děj – viz otz.8 (Vnitřní energie, práce, teplo)

4. Vnitřní energie látky, teplo, tlak, teplota z hlediska molekulárně kinetické teorie

Teplota – Tělesům, která jsou při vzájemném dotyku v rovnovážném stavu, přiřazujeme stejnou teplotu

k určení teploty potřebujeme vhodné srovnávací těleso – teploměr

Vnitřní energie látky je součtem vnitřní kinetické a vnitřní potenciální enrgie částic

v důsledku tepelného pohybu částic tělesa má těleso celkovou vnitřní kinetickou energii částic

v důsledku vzájemného působení částic má těleso (soustava částic) celkovou vnitřní potenciální energii částic

plyn Ep << Ek

pevné těleso Ep >> Ek

kapalina Ep = Ek

Tlak plynu – tepelný pohyb plynu uzavřeného v nádobě způsobuje nárazy molekul plynu na stěny nádoby (popřípadě na těleso v nádobě)

Předávání vnitřní energie může probíhat i bez konání práce (těles, které se účastní tepelné výměny), a to tepelnou výměnou – částice teplejšího tělesa narážejí na částice studenějšího tělesa a předávají jim část své energie. Předávní probíhá i v různých částech studenějšího tělesa, pokud nemají stejnou teplotu

existuje tepelná výměna vedením, prouděním (v tekutinách) a zářením (vyzařováním a pohlcováním elektromagnetického záření)

Teplo Q je určeno energií, kterou při tepelné výměně odevzdá teplejší těleso studenějšímu

jednotka tepla je joule J

5. Přehled molárních veličin, jejich jednotky a vztahy

6. Fyzikální význam Avogadrova konstanty, látkové množství

Látka (těleso) o látkovém množství 1 mol obsahuje právě tolik libovolných částic (atomů, iontů, molekul…) jako obsahuje nuklid uhlíku 12C atomů.

Číselná hodnota Avogadrovy konstanty (6,02 . 1023) udává počet částic v homogenním tělese o látkovém množství 1 mol. Při vydělení počtu (libovolných) částic látky Avogadrovou konstantou získáme látkové množství látky (počet molů)