Молекула кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі

Барлық денелер өте ұсақ бөлшектер – атомнан тұратындығын біздің жыл санауға дейінгі 5 ғасырда грек философы Демокрит айтқан. Кейінірек бұл пікір ұмыт болып, тек 17 ғасырдың екінші жартысында бойльдің, 18-19 ғғ Ломоносов, Дальтон, Крениг, Больцман еңбектері арқылы қайтадан жандандырылып молекула – кинетикалық теория деп аталады.

Бұл теория төмендегі қағидаларға сүйенеді:

1) барлық денелер өте ұсақ кішкене бөлшектер – молекуладан (латынша «moles – масса») тұрады. Бір денені құрайтын молекулалардың бәрі бірдей де, әр дененің молекулалары түрліше болады.

Молекуланың өзі одан да ұсақ бөлшек – атомнан (грекше – өлінбейді) тұрады. Бір – бірінен өзгеше түрлі атомдардың саны химиялық элементтер мен олардың изотоптарының санына тең. Кейінірек атомның өзі де қарапайым емес екендігі оның оң зарядты ядродан, одан айналып жүретін теріс зарядты электроннан тұратындығы анықталды. Атом мен молекуланың диаметрі шамамен 10^-8–10^-7 см болғандықтан, он миллион молекуланы бір – біріне тығыз тиістіріп бір түзудің бойымен орналастырсақ ұзындығы небәрі 1-10 мм молекулалық тізбек шығады. Атом мен молекуланың сызықтық мөлшерінің өте аздығын ескерсек, дененің құрамында молекула санының шексіз көп екендігін түсінуге болады. Шынында да судың бір тамшысында шамамен 3*10¹⁹ молекула бар. Осынша молекуладан тұратын тізбектің ұзындығы 3 млн км, ол Жер мен айдың арасынан 8 есе артық.

2) молекула бір уақытта бір – бірімен әрі тартылыс (ілінісу), әрі тебілу күшімен әсерлеседі.

Молекулалардың ара қашықтығы артқан сайын тебілу күшінің кемуі тартылу күшіне қарағанда көбірек болады. Осы шарт орындалса ғана молекулалар бір – бірінен белгілі қашықтықта (бұл кезде ілінісу күші тебілу күшіне тең) тепе – теңдік қалыпта бола алады.

1-сурет.

Тәжірибелік, теориялық зерттеулерге қарағанда молекулааралық әсерлесу күштері F молекулалардаң арақашықтығының n дәрежесіне кері пропорционал:

Тартылыс күші үшін n=7, тебілу күші үшін   аралығында болады. 1–суретте молекулалардың әсерлесу күшінің олардың арақашықтығына тәуелділігі көрсетілген. Абсцисса осінің бойында арақашықтық r, ордината осіне тебілу күшінің F_т, тартылу күшінің F_i және қорытқы күштің F мәндері салынған және тебілу күшін оң деп, тартылу (ілінісу) күшін теріс деп алу келісілген. Олай болса кез–келген ара қашықтық үшін қорытқы күш F= F_т– F_i болады да, оның оң мәні тебілу, теріс мәні тартылуға сәйкес.

Тепе – теңдік күй молекулалардың ара қашықтығы

r₀ =3*10^-8 см. тең болғанда байқалады, өйткені бұл кезде F=0.

 r₀<3*10^-8 см. болса тебілу күші басымырақ F>0

r₀<3*10^-8  см. болса тартылыс күші F<0 артығырақ болады.

см болса, молекулалар арасында  ешбір күш әсер етпейді F=0.

Сонымен молекулалардың ара қашықтығы молекулалардың сызықтық мөлшеріне (радиусы,диаметрі) тең болғанда ған олар бір–бірімен әсерлесе алады.

Молекулалардың орнықты тепе–тееңдік күйінде олардың потенциялдық энергиясы ең аз болады.

3. дененің молекулалары үнемі ретсіз қозғалыста болады.

Осының нәтижесінде олардың жылдамдықтары шама жағынан да, бағыты жағынан да өзгереді. Молекуланың қозғалыс жалдамдығы дененің температурасына байланысты: температура неғұрлым жоғары болса жылдамдық соғұрлым үлкен. Олай болса молекуланың жылдамдығы арқылы дененің жылулық күйін, ішкі энергиясының шамасын анықтайды. Сондықтан молекуланың ретсіз қозғалысын жылулық қозғалыс деп те атайды.

Жылулық қозғалыстың интенсивтілігі артқан сайын, молекулаларыдың орташа қашықтығы артады да, ілінісу (тартылу) күші кемиді. Осы кезде дене қатты күйден сұйық күйге айналады. Жылулық қозғалыстың интенсивтілігі артқанда молекулалардың орташа ара қашықтығы аса артып кетеді де (> ), тартылу күші жойылады. Осы сәтте дене газ күйіне айналады.

Молекула – кинетикалық теорияның осы қағидалары арқылы дәлеледенді

• броундық қозғалыс құбылысы (Броун);

• молекулалық диффузия құбылысы;

• қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен молекулалар кескiнi. 1-шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың орналасуы (ақ дақтар), ал 2-шi суретте кремний пластинасы бетiнiң микрофотографиясы келтiрiлген, мұндағы дөңдер – кремнийдiң жеке атомдары.