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分子動理論的基本內容

思考當你路過田地的時候，為何會嗅到迷人的芬芳？當你走過咖啡屋的時候，為何會聞到咖啡的香味？古希臘學者德謨克利特早就對此作出了解釋，他認為這是由于原子飄到了人們鼻子里。德謨克利特認為“只有原子和虛空是真實的”。如何描述微觀原子的運動呢？1.

物體是由大量分子組成的

早期的分子論1638年，法國學者伽桑狄重新發掘和宣傳了古代的原子論思想。他假設各種物質都是由大量在各個方向運動的堅硬粒子組成。不同物質的粒子形狀不同，使它們表現出不同的特性。并解釋了物質三態：在固體內部，粒子結合緊密，粒子間強大的力使它們保持著特定的規則排列；在液體內部，相距較近的粒子之間的力使它們不易分散開來；在氣體中，相距很遠的粒子之間不存在作用力，每個粒子作自由運動。波義耳：1661年，由氣體的壓縮、液體的蒸發、固體的升華以及鹽塊的溶解等現象斷言，物質是由無數微粒構成的。并通過一系列關于空氣壓力的實驗，發現了一定質量的氣體的壓強和它的密度成正比。認為空氣粒子像小海綿一樣擠壓在一起，它們“擺脫壓縮的努力”產生了空氣的壓強。注意在研究物體的熱運動性質和規律時，不必區分它們在化學變化中所起的不同作用，而把組成物體的微粒統稱為分子。我們在化學課中學過物質的量的概念，它的單位是摩爾(mol)，簡稱摩。1mol物質所含的粒子數是恒定的，即6.02×1023個，這個數叫做阿伏加德羅常數,通常用符號NA表示。物質的量是國際單位制中七個基本量之一。2.

分子熱運動

早期關于分子熱運動的理論胡克1678年則提出，空氣是由大量快速運動的粒子組成的，他們對四壁的頻繁碰撞，形成了空氣對器壁的壓力。牛頓在《原理》中假定，氣體粒子間可能存在著一種與距離的平方成反比的排斥力，由此可導出波義耳定律(V∝P).738年，丹尼爾?伯努利(DanielBernoulli,1700-1782,瑞士物理學家)在他出版的《流體動力學》中繼承了胡克的思想。他從考慮由無數粒子組成的氣體對汽缸活塞的作用出發，完成了對波義耳定律的定量解釋：當粒子直徑d小于小于粒子中心之間的距離D時，PS/P=V/VS(即壓強與體積成反比)，并指出“適用于比正常密度低的空氣”。對于高壓下的更稠密的空氣，當必須考慮氣體粒子本身的大小時，就要通過實驗來確定d/D值，以便對定律進行修正。他還指出，氣體的壓強不僅隨著體積的減小而增大，同時隨著溫度的升高，氣體粒子的運動更加劇烈，壓強也同時增大。但由于伯努利的觀點和牛頓在《原理》中對波義耳定律的解釋不同，所以他的學說在十八世紀并未引起科學界的重視。擴散現象組成物質的分子在做永不停息的無規則運動，雖然用肉眼看不到分子，但我們可以通過一些宏觀現象為這個結論提供證據。取兩杯溫度不同、體積相同的清水，分別向其中滴入一滴紅墨水,紅墨水在兩杯水中散開，這種現象稱為擴散。可以觀察到溫度高的水中的紅墨水擴散得更快，這說明溫度越高，擴散越快。擴散現象擴散現象并不是重力或對流等原因造成的，而是由于分子的無規則運動產生的。從微觀角度看，墨水的擴散實際上是墨水顆粒在水中被水分子撞擊而不斷移動的過程。溫度越高擴散越快，說明溫度越高，水分子運動越劇烈。擴散現象普遍存在于固體之間、液體之間、氣體之間。布朗運動現象英國科學家布朗通過顯微鏡觀察懸浮在水中的藤黃粉或花粉的顆粒時，注意到這些微小的顆粒都在不停地運動，而運動又沒有任何規律。如果較長時間地注視一個顆粒，并記錄其運動軌跡，從中難以看出這個顆粒運動的規律，這種運動稱作布朗運動。布朗運動的微觀解釋經過較長時間的探索，人們才對布朗運動做出了合理的解釋：液體中分子的運動是無規則的，即每個分子的運動速度的大小和方向都在不斷地改變，分子之間的相互碰撞可以認為是引起速度改變的一種原因。在液體內部，任一時刻、任一位置都有沿各個方向運動的分子，而且速度有大有小。而懸浮在液體中的微小顆粒不斷地受到液體中分子的碰撞，這種碰撞來自各個方向，碰撞的力各不相同，因而顆粒所受到的沖擊力是不平衡的，于是顆粒向著沖擊力較小的方向運動。但在下一時刻，顆粒所受到的沖擊力又會改變，而且這種改變并沒有規律，所以顆粒在大量分子的碰撞下做無規則的運動。布朗運動的微觀解釋布朗運動是分子運動的宏觀表現，而且實驗觀察到，當液體的溫度升高時，布朗運動過程會加劇，所以分子的運動與溫度有著強烈的依賴關系。溫度升高，分子運動的速率增大，分子間的碰撞頻度和強度增加，速度的變化相應加劇。因而，將分子的這種無規則的運動稱作分子的熱運動，宏觀上表現為擴散過程加快等。3.

分子間的作用力

分子間的作用力分子間的作用力主要是靜電作用力，所以勢能主要是庫侖勢能，而庫侖勢能取決于分子間的距離。實驗研究表明，分子間既有吸引力，也有排斥力。分子在平衡位置時，吸引力與排斥力平衡，分子間的勢能最小，分子間的結合能最大，這時分子間的距離稱作平衡距離。排斥力隨距離變化的幅度比吸引力要大得多，如果分子間的距離大于平衡距離，排斥力隨分子間的距離增大迅速減小，分子間的作用以引力為主，則勢能隨距離的增大而增大；如果分子間的距離小于平衡距離，排斥力隨分子間的距離減小迅速增大，則勢能隨著距離的減小而迅速增大。4.

分子動理論

分子動理論的創立過程物質是由分子組成的，但分子太小，人類無法直接觀察分子及其運動。同時，由于組成物質的分子難以計數,分子的運動又是雜亂的、隨機的，用經典力學手段研究每個分子的運動實際上是不可能的。物理學家將力學方法和統計方法相結合，分析宏觀可測的熱現象，獲得了分子無規則運動和分子間相互作用的重要信息，建立了分子動理論。分子動理論的創立過程1803年，英國化學家道爾頓(JohnDalton,1766-1844)認為一切化學元素都是由不可分割的原子組成的；各種元素的原子以簡單整數的比例相結合而形成各種化合物的原子。道爾頓把不同原子組成的分子稱為“復雜原子”。1811年，意大利科學家阿伏伽德羅(AmedeoAvogadro,1776-1856)引入“分子”概念，并把它與原子概念相區別。認為原子是參與化學反應的最小粒子，分子是游離狀態下的單質或化合物的能夠獨立存在的最小粒子。1821年，英國物理學家赫拉帕斯(J.Herapath,1790-1868)提出假設：組成物質的原子是剛性小球；氣體的原子以很大速度在各個方向作直線運動；熱是由原子的運動引起的。1845年英國物理學家瓦特斯頓(J.J.Waterston,1811-1883)提出“彈性球分子模型”：他們在容器內的每個方向上自由的作直線運動，直到它們彼此碰撞或與器壁碰撞；…氣體的壓強正比于分子的數密度n和速度的平方v2分子動理論的創立過程1856年德國物理學家克侖尼希（A.K.Kr?nig,1822-1879)發表了《氣體理論原理》，確認熱是運動的一種形式。并提出理想氣體模型：分子都是彈性小球，它們在沒有相互作用時作勻速直線運動，只在發生碰撞時才有相互作用。他假設氣體分子都以相同的速度v在長方形容器中分別沿x、y、z三個方向運動。每次碰撞時作用于器壁的沖量為mv，由此得出了氣體壓強公式：，V為容器的體積，N為容器內氣體的分子數。克侖尼希的工作在內容上并沒有太新的觀點，但由于克侖尼希是當時知名科學家、《物理學進展》主編，再加之“熱是運動”的觀點當時已得到普遍承認，所以他的論文立即引起普遍重視，大大推進了分子運動論的研究工作。分子動理論的基本觀點氣體、液體和固體中的分子都在做無休止的運動。氣體和液體中的擴散、花粉在液體表面上的布朗運動、相互