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1、第二章第二章 气体分子动理论的基本概念气体分子动理论的基本概念一、物质由大量分子所组成的论点是指宏观物体是不连续 的，它由大量分子或原子（离子）所组成的。 利用扫描隧道显微镜技术利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成把一个个原子排列成 IBM 字字母的照片母的照片.2.1 2.1 物质的微观模型物质的微观模型123Amol10)36(0221367.6N分子的数密度和线度分子的数密度和线度例例 常温常压下常温常压下319cm/1047. 2氮n322cm/1030. 3水n例例 标准状态下氧分子直径标准状态下氧分子直径m10410d分子间距分子间距分子线度分子线度10分子数密度（分子数密度（
2、 ）：单位体积内的分子数目）：单位体积内的分子数目.n隧道扫描显微镜（简称隧道扫描显微镜（简称STM）它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。二、物体内的分子在不停地做着无规则
3、热运动，其剧烈程度与物体的温度有关扩散现象说明：一切物体（气体扩散现象说明：一切物体（气体、液体、固体）的分子都在不停、液体、固体）的分子都在不停地运动着。地运动着。 布朗运动并非分子的运动，布朗运动并非分子的运动，但它能间接反映出液体（或但它能间接反映出液体（或气体）内分子运动的无规则气体）内分子运动的无规则性。性。由于分子之间的相互碰撞，每个分子的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，沿各个方向运动的分子都有，而且分子运动的速率有大有小。 与物体的温度有关，温度越高，分子的无规则运动越剧烈为什么？1. 为什么固体和液体的分子不会散开而能保持一定的体积？2. 为什么固体和
4、液体的分子不会散开而能保持一定的体积？铅柱被切成两段，然后把两个断面对上，在两头加上不大的压力就能使两段铅柱重新接合起来。3. 为什么固体和液体很难被压缩？三、分子间有相互作用力：斥力和引力参阅李椿p47很多物质的分子很多物质的分子引力作用半径引力作用半径直径的两倍直径的两倍，超过这一距，超过这一距 离，分子间相互作用力已很少。离，分子间相互作用力已很少。 排斥力排斥力发生作用的距离发生作用的距离 0 的分子的分子数等于数等于 vixt5.st，所以斥力的有效作用距离比引力小。，所以斥力的有效作用距离比引力小。可用半经验公式表示如下：可用半经验公式表示如下：tsrrFts分子力曲线如图所示分子
5、力曲线如图所示(1)(1)当当 ( ( 的数量级约为的数量级约为 ) )时，斥力时，斥力= =引力，引力，F= F= 0 0，分子受力平衡。，分子受力平衡。 称为平衡位置。称为平衡位置。0rr 0r0rm1010(2)(2)当当 时，斥力时，斥力 引力，分子力表现为斥力，且随引力，分子力表现为斥力，且随 的的减少而急剧增加。减少而急剧增加。0rr rddd(3)(3)当当 时，斥力时，斥力 分子力的有效作用距离分子力的有效作用距离( (亦称分亦称分子力的有效作用半径，约子力的有效作用半径，约 ) )时，引力很快趋于零，分时，引力很快趋于零，分子力可忽略不计。子力可忽略不计。0rr rrm910
6、3、分子间相互作用的势能分子间相互作用的势能曲线：=EEp=Ek0d=10-10m5 5 范德瓦耳斯气体的压强范德瓦耳斯气体的压强理想气体：温度较高，压强较小时，满足理想气体的物态方程理想气体：温度较高，压强较小时，满足理想气体的物态方程实际气体：温度较低，压强较大时，满足实际气体的物态方程实际气体：温度较低，压强较大时，满足实际气体的物态方程问题：理想气体模型忽略了分子的体积（分子间的斥力）和分问题：理想气体模型忽略了分子的体积（分子间的斥力）和分子间的引力。子间的引力。范德瓦耳斯的想法：范德瓦耳斯的想法： 1 1、高压下，分子线度不可忽略、高压下，分子线度不可忽略 体积要修正体积要修正2
7、2、低温、高压下，分子间相互作用力不可忽略、低温、高压下，分子间相互作用力不可忽略 引力要修正引力要修正一、分子体积引起的气体修正：一、分子体积引起的气体修正：VRTp 1 1摩尔理想气体的状态方程为摩尔理想气体的状态方程为: :分子为刚性球，气体分子本身占有体分子为刚性球，气体分子本身占有体积积 ，容器容积应有修正：，容器容积应有修正：一摩尔气体一摩尔气体bVRTpm理论上理论上 b b 约为约为1mol1mol气体分子本身体积的气体分子本身体积的 4 4 倍倍注意：注意：通常通常 b 可忽略，但压强增大，可忽略，但压强增大，Vm与与 b 可比拟，可比拟，b 的修正就必须了。的修正就必须了。
8、实际实际 b 值要随压强变化而变化。值要随压强变化而变化。mol/mdNbA353102344二、分子间引力引起的修正：二、分子间引力引起的修正：器壁附近分子受一器壁附近分子受一指向内的引力，降指向内的引力，降低气体对器壁的压低气体对器壁的压力，称为内压强。力，称为内压强。气体内部的分子，因为周围分子对其作用对称，所以气体内部的分子，因为周围分子对其作用对称，所以对它们的引力互相抵消。对它们的引力互相抵消。靠近器壁的分子则不一样，其引力作用圈一部分在气靠近器壁的分子则不一样，其引力作用圈一部分在气体内部，一部分在气体外面，即一边有气体分子吸引，体内部，一部分在气体外面，即一边有气体分子吸引，一边没有，造成使分子收到一个垂直于器壁指向气体一边没有，造成使分子收到一个垂直于器壁指向气体内部的拉力。使器壁实际上受到的压强减少了。内部的拉力。使器壁实际上受到的压强减少了。sspbVRTpm质量为质量为 M 的气体的气体:上两式就是范德瓦耳斯方程上两式就是范德瓦耳斯方程kp2)(器壁相碰的分子数单位时间内与单位面积nk 221mVnpn器壁相碰的分子数单位时间内与单位面积2mmVabVRTpRTbVVapmm21摩尔摩尔 的气体的气体:RTMmbMmVVaMmp222