§1.5物质的微观模型.ppt

1.5 物质的微观模型 前面是从宏观上来讨论物质的性质的。 要从微观上讨论物质的性质，必须先知道物质的微 观模型。 1.5.1 物质由大数分子组成 物质由大数分子组成的论点指宏观物体是不连续的 。 例如:（1）气体易被压缩； （2）水在40 000 atm 的压强下，体积减为原来的1/3 ； （3）以20 000 atm 压缩钢筒中的油，油可透过筒壁渗 出。 这些现象说明气体、液体、固体都是不连续的，它们气体、液体、固体都是不连续的，它们 都由微粒构成，微粒间有间隙。都由微粒构成，微粒间有间隙。 1 mol 物质中的分子数为 NA = 6.021023/mol , 1cm3 的水中含有 6.021023 /18 = 3.31022 个分子， 1m3 的水中仍有3.31010个分子，接近目前世界总 人口的5倍。 正因为分子数远非寻常可比，就以“大数 ”以区别 。 （一） 分子（或原子）在不停的热运动中 物质不仅由大数分子组成，而且每个分子都在作杂 乱无章的热运动。例如扩散与布朗运动。 1.5.2 分子热运动的例证 扩散、布朗运动与涨落现象 （1） 扩散 抽除隔板后使标准状况下的氧气氮气混合： 1摩尔氧1摩尔氮氧氮混合气体 扩散是分子热运动所致。 固体中的扩散只有高温下才有明显效果。 因温度越高，分子热运动越剧烈，因而扩散分子越易挤 入固体中的分子之间的间隙中,并且从一个间隙跳到邻近 的另一个间隙中。 工业中有很多应用固体扩散的例子 (2) (2) 布朗运动布朗运动 这是每隔30秒布朗粒子所处的平面位置的点依次联结后得 到的图,它并不是布朗粒子的运动轨迹。 布朗运动为分子无规则运动的假设提供了十分有力的 实验依据。 分子无规则运动的假设认为: 分子之间在作频繁的碰撞，每个分子运动方 向和速率都在不断地改变。 任何时刻，在液体或气体内部各分子的运动 速率有大有小，运动方向各种各样。 按照分子无规运的假设，液体（或气体）内无规运动 的分子不断地从四面八方冲击悬浮的微粒。 通常情况下，冲击力平均值处处相等相互平衡，因而 观察不到布朗运动。 由于各方向冲击力的平均值的大小均是无规则的，因 而微粒运动的方向及运动的距离也无规则。 温度越高，布朗运动越剧烈； 微粒越小，布朗运动越明显。 所以，布朗运动并非分子的运动，但它能间接反映出 液体（或气体）内分子运动的涨落现象,从而证实其无 规则性。 微粒足够小时，涨落现象明显,从各个方向冲击微粒 的平均力互不平衡，微粒向冲击作用较弱的方向运动 。 （二) 涨落现象 1.5.3 分子间的吸引力与排斥力 （一）吸引力和排斥力 一、一、 吸引力吸引力 （1 1）能说明分子间存在吸引力的现象）能说明分子间存在吸引力的现象: : 汽化热； 锯断的铅柱加压可黏合； 玻璃熔化可接合； 胶水、浆糊的黏合作用； （2）这些现象不仅说明分子间存在吸引力，而且, 还说明了:只有当分子质心相互接近到某一距离内，分子 间相互吸引力才较显著。 分子吸引力作用半径的存在分子吸引力作用半径的存在: : 很多物质的分子引力作用半径约为分子直径的2-4倍 左右，超过这一距离，分子间相互作用力已很小，可 予忽略。 只有当分子质心相互接近到某一距离内，分子间只有当分子质心相互接近到某一距离内，分子间 相互吸引力才较显著，相互吸引力才较显著， 把这一距离称为把这一距离称为-分子吸引力作用半径。分子吸引力作用半径。 二、 排斥力 （1）能说明排斥力的现象： 固体、液体都很难压缩；为什么? 气体分子经过碰撞而相互远离。为什么? （2）排斥力作用半径: 只有两分子相互“接触”、“挤压”时才呈现出排 斥力。 可简单认为排斥力作用半径就是两分子刚好“接触” 时两质心间的距离，对于同种分子，它就是分子的直 径。 因为吸引力出现在两分子相互分离时，故排斥力作用因为吸引力出现在两分子相互分离时，故排斥力作用 半径比吸引力半径小。半径比吸引力半径小。 液体、固体受外力压缩达平衡时，排斥力与外力平 衡。 从液体、固体很难压缩这一点可说明排斥力随分子 质心间距的减小而剧烈地增大。为什么? （二（二) ) 分子力与分子热运动这一对矛盾分子力与分子热运动这一对矛盾 分子间相互吸引力、排斥力有使分子聚在一起的 趋势，但分子热运动却力图破坏这种趋向，使分子尽 量相互散开。 在这一对矛盾中，温度、压强、体积等环境因素起 了重要作用。 气体分子由于受到容器的约束而使热运动范围受到限 止。 随着气体密度增加，分子平均间距越来越小，分子 间相互吸引力不能予以忽略且越来越大。 再将温度降低，分子热运动也渐趋缓慢，分子力与热 运动这对矛盾中，分子力渐趋主导地位。 到一定时候，分子吸引力使分子间相互“接触”而 束缚在一起，此时分子不能像气体那样自由运动，只 能在平衡位置附近振动，但还能发生成团分子的流动 ，这就是液体。 若继续降低温度，分子间相互作用力进一步使诸分 子按某种规则有序排列，并作振动，这就是固体。 又如，好像气体总应存在于容器中，其实并不如 此。 例如地球大气层并没有容器把它包住，处于大气中 最外面的散逸层中极稀疏的大气是靠地球引力把大 气分子拉住而不跑出大气层的。 又如早期恒星是由星际云所组成，使它们成一团气 体而没有容器把它包住，也是依靠了万有引力。 无论是分子力、万有引力，它们都分