8 Základné poznatky molekulovokinetickej teórie látok

Transcript

1 8 Základné pznaky lekulvkineickej eórie lák - eódy skúania vlasnsí lák: erdynaická eóda (fenenlgická): vychádza z pusu javv, z eraní veličín a nepiera sa nijaký del časicvéh zlženia lák šaisická eóda: vychádza z vnúrnej šrukúry lák a ich vlasnsi vysveľuje ak dôsledk phybu a vzájnéh pôsbenia časíc (využíva pznaky z eórie pravdepdbnsi a aeaickej šaisiky) 8 kineická eória savby lák - kineická eória sa zakladá na rch experienálne verených pznakch: láka akéhkľvek skupensva sa skladá z časíc lekúl, aóv aleb iónv priesr, krý eles z danej láky zaberá, nie je ýi časicai bez zvyšku vyplnený hvríe nespjiej (diskrénej)šrukúre láky časice sa v láke phybujú, ich phyb je usavičný a neuspriadaný (chaický) Pri psuvn, áčav aleb kiav phybe časíc (pri elese, kré je v pkji) neprevláda v dan kaihu žiadny ser (časice sa v láke phybujú rýchlsťai rzličných serv a veľksí) á fra phybu sa vlá epelný phyb časice na seba navzáj pôsbia príťažlivýi a súčasne dpudivýi silai; veľksť ých síl závisí d vzdialensi edzi časicai - časice ajú kineickú aj penciálnu energiu; pre vnúrnú energiu neuspriadanéh (chaickéh) phybu časíc plaí: U n i n E ki E i pi 8 dôkazy neuspriadanéh phybu časíc v lákach - difúzia: savľné prenikanie časíc jednej ekuiny edzi časice druhej ekuiny difúzia sa vysveľuje neusály a neuspriadaný phyb časíc, z krých sú ekuiny zlžené; pri vyššej eple difundujúcich ekuín pzrujee rýchlejší priebeh difúzie - lak plynu: neusály phyb lekúl plynu uzavreéh v nádbe spôsbuje usavičné zrážky ých lekúl s lekulai vnúrných sien nádby (príp s lekulai pvrchu elesa, kré sú vnúri plynu); en jav je príčinu lakvých síl a laku plynu - Brwnv phyb: v šrukúre láky si vyberiee jednu časicu a pzrujee jej phyb keď je rzer časice veľi veľký, naráža na ňu súčasne v rzličných serch veľký pče lekúl, pre sa ich silvé pôsbenie na Brwnvu časicu ruší a časica sa znaeľne nephybuje keď je rzer Brwnvej časice alý, naráža na ňu súčasne enší pče lekúl a silvé pôsbenie sa už neôže vyrvnať, pre na časice pôsbí v každ kaihu výsledná lakvá sila, krá spôsbuje, že časica kná nepravidelné psuvné i áčavé phyby 8 časice v silv pli susedných časíc - aóy h iséh prvku aleb rzličných prvkv ôžu uvriť lekulu, krej aóy sú navzáj viazané silai, kré nazývae väzbvé sily - väzbvé sily exisujú aj edzi lekulai v kvapalinách; ie sily sú zvyčajne enšie, ak väzbvé sily edzi aóai vriacii lekulu

2 - na br je krivku k znázrnená zena veľksi príťažlivej sily F F s vzdialensťu r edzi časicai Zena veľksi dpudivej sily k F je znázrnená krivku k eľksť príťažlivej sily sa nanáša pd k vdrvnú s, veľksť dpudivej sily nad ňu - keďže na každú časicu láky pôsbí iná časica súčasne silai F a F, ôžee be sily zlžiť a dsanee ich výslednicu; priebeh veľksi výslednej sily je znázrnený krivku k r r - pri isej vzdialensi r edzi časicai je výsledná pôsbiaca sila na každú časicu nulvá; be časice sú navzáj v rvnvážnej k plhe - v vzdialensi väčšej ak r je výsledná sila príťažlivá Jej účink sa s zväčšujúcu vzdialensťu rýchl zenšuje, pre je každá časica priťahvaná iba najbližšíi časicai v svj klí hvríe, že na ňu pôsbia iba silvé plia najbližších časíc - v vzdialensi enšej ak r pôsbí na časicu výsledná dpudivá sila, krá sa s zenšujúcu vzdialensťu veľi rýchl zväčšuje - sily, krýi na seba pôsbia časice, určujú aj vzájnú plhu časíc v lekulách - súsava časíc á penciálnu energiu; pri rvnvážnej plhe časíc sa á energia nazýva väzbvá energia 8 lákvé nžsv - relaívna (perná) aóvá hnsť A r : a A r, kde a je pkjvá hnsť aóu a u je aóvá hnsná knšana, u krá je definvaná ak hnsi c aóu uhlíka 6 C, eda u, kg - relaívna (perná) lekulvá hnsť M r : lekula je súsava sabilne viazaných aóv schpná sasanej exisencie M r, kde je pkjvá hnsť lekuly u relaívna lekulvá hnsť sa rvná súču relaívnych hnsí aóv, kré vria lekulu - lákvé nžsv n: n, kde je pče časíc; A je Avgadrva knšana, pre krú plaí A M N A 6, 3 l - ; je hnsť elesa z rvnrdej láky a M je lvá hnsť súsava časíc á lákvé nžsv l, ak bsahuje práve ľk časíc, kľk aóv je v nuklide uhlíka 6 C s hnsťu, kg pre lvú hnsť plaí: 3 M M r kg l - lvý bje :, kde je bje elesa za daných pdienk a n zdpvedajúce lákvé nžsv n 83 dely šrukúr lák rzličných skupensiev - plynná láka: lekuly plynu sa skladajú z jednéh aleb niekľkých aóv, ajú rzličné vary a rzery Za nrálnych pdienk sú sredné vzdialensi edzi lekulai plynu

3 v prvnaní s rzeri lekúl veľké (3 n); pri ých vzdialensiach sú príťažlivé sily edzi lekulai alé lekuly plynu sa usavične phybujú v rzličných serch a rôzne veľkýi rýchlsťai; zena seru a veľksi nasáva v dôsledku zrážk lekúl s inýi lekulai (príčinu je dpudivá sila edzi lekulai pri alých vzdialensiach) Medzi jednlivýi zrážkai sa lekuly phybujú približne rvnerne priačiar iacaóvé lekuly plynu kre psuvnéh phybu knajú aj račný phyb a aóy vnúri ých lekúl usavične kiajú celkvá kineická energia súsavy lekúl plynu zahŕňa kineickú energiu lekúl, kré knajú neuspriadaný psuvný phyb a račný phyb a kineickú energiu kiajúcich aóv v lekulách Abslúna hdna celkvej penciálnej energie je vždy veľa enšia ak celkvá kineická energia h iséh plynu - pevná láka: väčšina pevných lák je zlžená z časíc s pravidelný uspriadaní časice vria kryšalickú šrukúru Niekré láky neajú pravidelné uspriadanie sú arfné láky sredná vzdialensť edzi časicai pevnej láky je asi, n až,3 n zájné príťažlivé sily edzi časicai spôsbujú, že pevná láka na rzdiel d plynu vrí eles iséh varu a bjeu Ak na eles nepôsbí vnkajšia sila a ak sa neení epla, zsáva var aj bje elesa z pevnej láky zachvaný časice, kré vria pevnú láku, knajú kl svjich rvnvážnych plôh kiavé phyby Abslúna hdna celkvej penciálnej energie súsavy časíc je väčšia ak celkvá kineická energia časíc, kré knajú kiavý phyb - kvapalná láka: lekuly kvapaliny sa nephybujú ak vľne ak lekuly plynu Sredná vzdialensť edzi časicai je približne, n zájné pôsbenie lekúl nie je aké silné, aby všeky lekuly bli navzáj viazané každá lekula kvapaliny v silv pli susedných lekúl kiá kl rvnvážnej plhy, krá sa s čas ení Keď je kvapalina v pkji, preskky lekúl z jednej rvnvážnej plhy d druhej sa dejú všekýi žnýi seri Pre kvapalina je ekuá, nezachváva si svj ser abslúna hdna penciálnej energie je rádv prvnaeľná s celkvu kineicku energiu časíc - plaza: pvažujee ju za švré skupensv je súsava elekricky nabiých časíc (elekrónv, iónv) a neurálnych časíc; súbr časíc je navnk neurálny 84 rvnvážny sav erdynaickej súsavy - eles aleb skupina elies, krých sav skúae, nazýva sa erdynaická súsava eličiny, krýi je určený sav, napr lak, epla, bje energia, sú savvé veličiny - súsava, v krej neprebieha výena energie s klí a krej cheické zlženie a hnsť zsávajú knšanné, nazýva sa izlvaná súsava - každá súsava, krá je d iséh kaihu v neenných vnkajších pdienkach, prejde p is čase savľne d rvnvážneh savu, v kr zrvá, ký sa pdienky nezenia 85 erdynaická epla - epla je funkcia savu láky - Celziva eplná supnica: á dve základné eply: C (rvnvážny sav súsavy ľad vda) a C (rvnvážny sav súsavy vda nasýený vdná para) 3

4 edzi ýi eplai je supnica rzdelená na rvnakých dielikv; jeden dielik na supnici zdpvedá jednéu Celzivu supňu C vľba eplnej supnice závisí d vľby eplernej láky - erdynaická eplná supnica: á jednu základnú eplu, a eplu rvnvážneh savu súsavy ľad vda nasýená para; en rvnvážny sav sa vlá rjný bd vdy a dhdu sa u priradila erdynaická epla T r 73,6 K jednku erdynaickej eply je Kelvin (Kelvin definujee ak 73,6 časť erdynaickej eply rjnéh bdu vdy) pre Celzivu eplu plaí: ({ T} 73, 5) C plyn erdynaickú eplu ôžee erať pcu plynvéh eplera skladá sa z nádby naplnenej plyn, krá je spjená ruť úzku rúrku s vrený kvapalinvý H aner Maneer á jedn raen phyblivé O v zvisl sere, aby sa udržiaval sály bje plynu pre erdynaickú eplu plaí: Tr T p, kde T r a p r je epla a lak rjnéh bdu vdy p r 86 vnúrná energia elesa - každé eles á energiu, krá súvisí s jeh vnúrnu časicvu šrukúru, pre sa vlá vnúrná energia elesa - vnúrnu energiu U elesa (súsavy) nazývae súče celkvej kineickej energie neuspriadane sa phybujúcich časíc elesa (lekúl, aóv a iónv) a celkvej penciálnej energie vzájnej plhy ých časíc - vnúrná energia elesa nie je všebecne knšannu veličinu Deje, pri krých ení vnúrná energia elesa, žn rzdeliť d dvch skupín: deje, pri krých sa ení vnúrná energia knaní práce napr renie dvch elies, sláčanie plynu pri dejch, kré prebiehajú v izlvanej súsave elies, zsáva súče kineickej, penciálnej a vnúrnej energie elies knšanný deje, pri krých zena vnúrnej energie nasáva epelnu výenu epelná výena je dej, pri kr neuspriadane sa phybujúce časice eplejšieh elesa narážajú na časice sudenšieh elesa a dvzdávajú i časť svjej energie (epelná výena prebieha edzi elesai, kré sa dýkajú, ale ôže prebiehať aj edzi elesai, kré sa nedykajú prsrednícv epelnéh žiarenia) keď eplejšie eles dvzdá sudenšieu epelnu výenu energiu, hvríe, že eplejšie eles sudenšieu dvzdal epl (epl je zena vnúrnej energie lekulvej súsavy); jednku epla je jule 86 erná epelná kapacia - keď eles prije epl Q epelnu výenu, zväčší sa jeh vnúrná energia hdnu U; ak nenasane súčasne zena skupensva láky, zvýši sa epla T, p pre epelnú kapaciu elesa plaí: Q C, [ C ] J K T - pre ernú epelnú kapaciu plaí: C Q c, [ ] c J kg K, kde je hnsť elesa T 4

5 - z h plaí: Q c T epl, kré prije eles, je pria úerné hnsi elesa a prírasku eply - ziešavací kalrieer je epelne izlvaná nádba s iešačku a epler keď v kalrieri je vda s hnsťu, eplu a ernu epelnu kapaciu c vlžíe eles s hnsťu, eplu (prič > ) z aeriálu s ernu epelnu kapaciu c, ak p urči čase nasane epelná rvnváha; plaí: Q Q c ( ) c ( ) i pčas epelnej výeny sa zhreje aj kalrieer a jeh súčasi, p pre upravenú rvnicu plaí: c c C, kde C je epelná kapacia kalriera 86 prvý erdynaický zákn - prvý erdynaický zákn: zena vnúrnej energie súsavy U sa rvná súču práce W vyknanej kliýi elesai, kré pôsbia na súsavu silai a epla Q dvzdanéh kliýi elesai súsave U W Q keď knaní práce aleb epelnu výenu súsava energiu prijía, pvažujee prácu vyknanú kliýi elesai pôsbiacii na súsavu silai a epl prijaé súsavu za kladné veličiny keď súsava knaní práce aleb epelnu výenu kliý elesá energiu dvzdáva, pvažujee prácu vyknanú kliýi elesai a epl dvzdané kliý elesá za záprné veličiny - keď prácu W, krú vyknajú klié elesa, nahradíe prácu W, krú vykná súsava ý, že pôsbí na klié elesá rvnak veľku silu pačnéh seru, prič plaí WW, pre prvý erdynaický zákn plaí: ' O U W epl Q ddané súsave sa rvná súču zeny jej vnúrnej energie U a práce W, krú vykná súsava 87 eplná rzťažnsť 87 eplná rzťažnsť pevných elies - pri zene eply pevnéh elesa enia sa jeh rzery - dĺžkvá rzťažnsť: predpkladaje, že dané eles v vare yče á začiačnú eplu a začiačnú dĺžku l epla yče sa zení na hdnu, akže zena eply je Zdpvedajúcu zenu dĺžky yče značíe ll l, p pre zenu dĺžky yče plaí: l α l l l( α ), kde α je súčinieľ eplnej dĺžkvej rzťažnsi, jednku je K - - bsahvá rzťažnsť: plaí: S S( α ) - bjevá rzťažnsť: plaí: ( ), kde je súčinieľ eplnej bjevej rzťažnsi, zárveň plaí 3α 87 eplná bjevá rzťažnsť kvapalín - pri väčšine kvapalín sa bje s zvyšujúcu eplu zväčšuje 5

6 6 - pre nie veľi veľké eplné rzdiely je bje kvapaliny za sáleh vnkajšieh laku určený vzťah:, kde je súčinieľ eplnej bjevej rzťažnsi kvapaliny - pre väčšie eplné rzdiely pre zenu bjeu plaí: - s zenu eply sa ení aj husa kvapaliny: - jednu z výniiek je vda v inervale d C d 3,98 C; v inervale s zvyšujúcu eplu bje vdy klesá; á vlasnsť vdy sa nazýva anália vdy (vda á pri 3,98 C najväčšiu husu); pri ďalš zvyšvaní eply sa sredná vzdialensť lekúl aj bje vdy zväčšuje