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1.1 分子动理论的基本内容
思考
当你路过田地的时候，为何会嗅到迷人的芬芳？
当你走过咖啡屋的时候，为何会闻到咖啡的香味？
古希腊学者德谟克利特早就对此作出了解释，他认为这是由于原子飘到了人们鼻子里。
德谟克利特认为“只有原子和虚空是真实的”。
如何描述微观原子的运动呢？
1. 物体是由大量分子组成的
早期的分子论
1638年，法国学者伽桑狄重新发掘和宣传了古代的原子论思想。他假设各种物质都是由大量在各个方向运动的坚硬粒子组成。不同物质的粒子形状不同，使它们表现出不同的特性。并解释了物质三态：在固体内部，粒子结合紧密，粒子间强大的力使它们保持着特定的规则排列；在液体内部，相距较近的粒子之间的力使它们不易分散开来；在气体中，相距很远的粒子之间不存在作用力，每个粒子作自由运动。
波义耳：1661年，由气体的压缩、液体的蒸发、固体的升华以及盐块的溶解等现象断言，物质是由无数微粒构成的。并通过一系列关于空气压力的实验，发现了一定质量的气体的压强和它的密度成正比。认为空气粒子像小海绵一样挤压在一起，它们“摆脱压缩的努力”产生了空气的压强。
注意
在研究物体的热运动性质和规律时，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用，而把组成物体的微粒统称为分子。
我们在化学课中学过物质的量的概念，它的单位是摩尔(mol)，简称摩。1 mol 物质所含的粒子数是恒定的，即 6.02×1023 个，这个数叫做阿伏加德罗常数,通常用符号 NA 表示。
物质的量是国际单位制中七个基本量之一。
2. 分子热运动
早期关于分子热运动的理论
胡克1678年则提出，空气是由大量快速运动的粒子组成的，他们对四壁的频繁碰撞，形成了空气对器壁的压力。
牛顿在《原理》中假定，气体粒子间可能存在着一种与距离的平方成反比的排斥力，由此可导出波义耳定律(V∝P).
738年，丹尼尔 伯努利(Daniel Bernoulli,1700-1782,瑞士物理学家)在他出版的《流体动力学》中继承了胡克的思想。他从考虑由无数粒子组成的气体对汽缸活塞的作用出发，完成了对波义耳定律的定量解释：当粒子直径d小于小于粒子中心之间的距离D时，PS/P=V/VS(即压强与体积成反比)，并指出“适用于比正常密度低的空气”。对于高压下的更稠密的空气，当必须考虑气体粒子本身的大小时，就要通过实验来确定d/D值，以便对定律进行修正。他还指出，气体的压强不仅随着体积的减小而增大，同时随着温度的升高，气体粒子的运动更加剧烈，压强也同时增大。
但由于伯努利的观点和牛顿在《原理》中对波义耳定律的解释不同，所以他的学说在十八世纪并未引起科学界的重视。
扩散现象
组成物质的分子在做永不停息的无规则运动，虽然用肉眼看不到分子，但我们可以通过一些宏观现象为这个结论提供证据。
取两杯温度不同、体积相同的清水，分别向其中滴入一滴红墨水,红墨水在两杯水中散开，这种现象称为扩散。
可以观察到温度高的水中的红墨水扩散得更快，这说明温度越高，扩散越快。
扩散现象
扩散现象并不是重力或对流等原因造成的，而是由于分子的无规则运动产生的。
从微观角度看，墨水的扩散实际上是墨水颗粒在水中被水分子撞击而不断移动的过程。
温度越高扩散越快，说明温度越高，水分子运动越剧烈。
扩散现象普遍存在于固体之间、液体之间、气体之间。
布朗运动现象
英国科学家布朗通过显微镜观察悬浮在水中的藤黄粉或花粉的颗粒时，注意到这些微小的颗粒都在不停地运动，而运动又没有任何规律。
如果较长时间地注视一个颗粒，并记录其运动轨迹，从中难以看出这个颗粒运动的规律，这种运动称作布朗运动。
布朗运动的微观解释
经过较长时间的探索，人们才对布朗运动做出了合理的解释：液体中分子的运动是无规则的，即每个分子的运动速度的大小和方向都在不断地改变，分子之间的相互碰撞可以认为是引起速度改变的一种原因。
在液体内部，任一时刻、任一位置都有沿各个方向运动的分子，而且速度有大有小。
而悬浮在液体中的微小颗粒不断地受到液体中分子的碰撞，这种碰撞来自各个方向，碰撞的力各不相同，因而颗粒所受到的冲击力是不平衡的，于是颗粒向着冲击力较小的方向运动。
但在下一时刻，颗粒所受到的冲击力又会改变，而且这种改变并没有规律，所以颗粒在大量分子的碰撞下做无规则的运动。
布朗运动的微观解释
布朗运动是分子运动的宏观表现，而且实验观察到，当液体的温度升高时，布朗运动过程会加剧，所以分子的运动与温度有着强烈的依赖关系。
温度升高，分子运动的速率增大，分子间的碰撞频度和强度增加，速度的变化相应加剧。
因而，将分子的这种无规则的运动称作分子的热运动，宏观上表现为扩散过程加快等。
3. 分子间的作用力
分子间的作用力
分子间的作用力主要是静电作用力，所以势能主要是库仑势能，而库仑势能取决于分子间的距离。
实验研究表明，分子间既有吸引力，也有排斥力。分子在平衡位置时，吸引力与排斥力平衡，分子间的势能最小，分子间的结合能最大，这时分子间的距离称作平衡距离。
排斥力随距离变化的幅度比吸引力要大得多，如果分子间的距离大于平衡距离，排斥力随分子间的距离增大迅速减小，分子间的作用以引力为主，则势能随距离的增大而增大；如果分子间的距离小于平衡距离，排斥力随分子间的距离减小迅速增大，则势能随着距离的减小而迅速增大。
4. 分子动理论
分子动理论的创立过程
物质是由分子组成的，但分子太小，人类无法直接观察分子及其运动。
同时，由于组成物质的分子难以计数,分子的运动又是杂乱的、随机的，用经典力学手段研究每个分子的运动实际上是不可能的。
物理学家将力学方法和统计方法相结合，分析宏观可测的热现象，获得了分子无规则运动和分子间相互作用的重要信息，建立了分子动理论。
分子动理论的创立过程
1803年，英国化学家道尔顿(John Dalton,1766-1844)认为一切化学元素都是由不可分割的原子组成的；各种元素的原子以简单整数的比例相结合而形成各种化合物的原子。道尔顿把不同原子组成的分子称为“复杂原子”。
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗(Amedeo Avogadro,1776-1856)引入“分子”概念，并把它与原子概念相区别。认为原子是参与化学反应的最小粒子，分子是游离状态下的单质或化合物的能够独立存在的最小粒子。
1821年，英国物理学家赫拉帕斯(J.Herapath,1790-1868)提出假设：组成物质的原子是刚性小球；气体的原子以很大速度在各个方向作直线运动；热是由原子的运动引起的。
1845年英国物理学家瓦特斯顿(J.J.Waterston,1811-1883)提出“弹性球分子模型”：他们在容器内的每个方向上自由的作直线运动，直到它们彼此碰撞或与器壁碰撞；…气体的压强正比于分子的数密度n和速度的平方v2
分子动理论的创立过程
1856年德国物理学家克仑尼希（A. K. Kr nig,1822-1879)发表了《气体理论原理》，确认热是运动的一种形式。并提出理想气体模型：分子都是弹性小球，它们在没有相互作用时作匀速直线运动，只在发生碰撞时才有相互作用。他假设气体分子都以相同的速度v在长方形容器中分别沿x、y、z三个方向运动。每次碰撞时作用于器壁的冲量为mv，由此得出了气体压强公式： ，V为容器的体积，N为容器内气体的分子数。
克仑尼希的工作在内容上并没有太新的观点，但由于克仑尼希是当时知名科学家、《物理学进展》主编，再加之“热是运动”的观点当时已得到普遍承认，所以他的论文立即引起普遍重视，大大推进了分子运动论的研究工作。
分子动理论的基本观点
气体、液体和固体中的分子都在做无休止的运动。气体和液体中的扩散、花粉在液体表面上的布朗运动、相互密接的金属之间的渗透，都是分子运动的实例。
物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间同时存在着引力和斥力。
思考与练习
判断以下现象是否由于分子间的引力所致，并简述理由。
(1)两块纯净铅柱的端面刮得十分平整后用力挤压可以“粘”在一起。
(2)经丝绸摩擦过的玻璃棒能吸引轻小物体。
(3)磁铁能吸引小铁钉。
(4)自由落体运动。

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