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1、1第第2 2章章 气体分子运动论的基本概念气体分子运动论的基本概念2.1 物质的微观模型物质的微观模型2.2 理想气体的压强理想气体的压强2.3 温度的微观解释温度的微观解释2.4 分子力分子力2.5 范德瓦尔斯气体的压强范德瓦尔斯气体的压强2 1、物质的微观模型物质的微观模型一、物质是由大量的原子或分子组成一、物质是由大量的原子或分子组成 利用扫描隧道显利用扫描隧道显微镜技术把一个个原微镜技术把一个个原子排列成子排列成 IBM 字母字母的照片的照片.物质由大数分子所组成的，分子物质由大数分子所组成的，分子之间有间隙。之间有间隙。例如例如:气体易被压缩；气体易被压缩；水在水在40000atm4
2、0000atm的压强下，体积减为原来的的压强下，体积减为原来的1/31/3；以以20000atm 20000atm 压缩钢筒中的油，油可透过筒壁渗出。压缩钢筒中的油，油可透过筒壁渗出。这些事实均说明这些事实均说明气体、液体、固体都是不连续的，它气体、液体、固体都是不连续的，它们都由微粒构成，微粒间有间隙。们都由微粒构成，微粒间有间隙。3v1.1.分分子子（或或原原子子）在在不不停停的的热热运运动动中中，分分子子热热运运动动的的例例证证扩散、布朗运动扩散、布朗运动二、物体内的分子在不停地运动着，这种运二、物体内的分子在不停地运动着，这种运动是无规则的，剧烈程度与物体的温度有关动是无规则的，剧烈程
3、度与物体的温度有关（1 1）扩散扩散 抽除隔板后使标准状况下的氧气氮气混合：抽除隔板后使标准状况下的氧气氮气混合：1mol氧1mol氮氧氮混合气体 扩散是分子热运动所致。扩散是分子热运动所致。v 固体中的扩散只有高温下才有明显效果。固体中的扩散只有高温下才有明显效果。v 因因温温度度越越高高，分分子子热热运运动动越越剧剧烈烈，因因而而扩扩散散分分子子越越易易挤挤入入固固体体中中的的分分子子之之间间的的间间隙隙中中,并并且且从从一一个个间间隙隙跳跳到到邻邻近近的另一个间隙中。的另一个间隙中。工业中有很多应用固体扩散的例子。工业中有很多应用固体扩散的例子。*渗碳是增加钢件表面碳成分，提高渗碳是增加
4、钢件表面碳成分，提高表面硬度的一种热处理方法。表面硬度的一种热处理方法。半导体掺杂：使特定的杂质在高温下向半导半导体掺杂：使特定的杂质在高温下向半导体晶体片表面内部扩散、渗透，从而改变晶体晶体片表面内部扩散、渗透，从而改变晶片内杂质浓度分布和表面层的导电类型。片内杂质浓度分布和表面层的导电类型。5布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动v这是每隔这是每隔3030秒布朗粒子所处的平面位置的点依次连接后得秒布朗粒子所处的平面位置的点依次连接后得到的图到的图,它并不是布朗粒子的运动轨迹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
5、依据。实验依据。分子无规则运动的假设认为分子无规则运动的假设认为:分子之间在做频繁的碰撞，每个分子运动方分子之间在做频繁的碰撞，每个分子运动方向和速率都在不断地改变。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。速率有大有小，运动方向各种各样。v 通常情况下，冲击力平均值处处相等相互平衡，因而通常情况下，冲击力平均值处处相等相互平衡，因而观察不到布朗运动。观察不到布朗运动。7 由于各方向冲击力的平均值的大小均是无规则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的，因而微粒运
6、动的方向及运动的距离也无规则。则。v温度越高，布朗运动越剧烈；温度越高，布朗运动越剧烈；v微粒越小，布朗运动越明显。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。从而证实其无规则性。微粒足够小时，涨落现象明显微粒足够小时，涨落现象明显,从各个方向冲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。弱的方向运动。9三、分子之间有相互作用力三、分子之间有相互作用力v1.1.吸引力吸引
7、力vv（1 1 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）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；汽化热；锯断的铅柱加压可黏合；锯断的铅柱加压可黏合；玻璃熔化可接合；玻璃熔化可接合；胶水、浆糊的黏合作用；胶水、浆糊的黏合作用；v（2 2）这些现象不仅说明分子间存在吸引力，而）这些现象不仅说明分子间存在吸引力，而且且,还说明了还说明了:只有当分子质心相互接近到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。某一距离内，分子间相互吸引力才较显著。10分子吸引力作用半径的存在分子吸引力作用半径的存在分子吸引力作用半径的存在分子吸引力
8、作用半径的存在:很多物质的分子很多物质的分子吸吸吸吸引力作用半径约为分子直径的引力作用半径约为分子直径的2 24 4倍左右，超过这一距离，分子间相互作用力已倍左右，超过这一距离，分子间相互作用力已很小，可予忽略。很小，可予忽略。1.1.只只只只有有有有当当当当分分分分子子子子质质质质心心心心相相相相互互互互接接接接近近近近到到到到某某某某一一一一距距距距离离离离内内内内，分子间相分子间相分子间相分子间相 互吸引力才较显著，互吸引力才较显著，互吸引力才较显著，互吸引力才较显著，2.2.把这一距离称为把这一距离称为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。分子吸引力作用
9、半径。分子吸引力作用半径。112.2.排斥力排斥力（1 1）能说明排斥力的现象：）能说明排斥力的现象：固体、液体都很难压缩；固体、液体都很难压缩；气体分子经过碰撞而相互远离。气体分子经过碰撞而相互远离。（2 2）排斥力作用半径）排斥力作用半径:v只有两分子相互只有两分子相互“接触接触”、“挤压挤压”时才呈现出排斥力。时才呈现出排斥力。v可简单认为排斥力作用半径就是两分子刚好可简单认为排斥力作用半径就是两分子刚好“接触接触”时时两质心间的距离，对于同种分子，它就是分子的直径。两质心间的距离，对于同种分子，它就是分子的直径。12vv因因因因为为为为吸吸吸吸引引引引力力力力出出出出现现现现在在在在两
10、两两两分分分分子子子子相相相相互互互互分分分分离离离离时时时时，故故故故排排排排斥力作用半径比吸引力半径小。斥力作用半径比吸引力半径小。斥力作用半径比吸引力半径小。斥力作用半径比吸引力半径小。v液液体体、固固体体受受外外力力压压缩缩达达到到平平衡衡时时，排排斥斥力力与外力平衡。与外力平衡。v从从液液体体、固固体体很很难难压压缩缩这这一一点点可可说说明明排排斥斥力力随分子质心间距的减小而剧烈地增大。随分子质心间距的减小而剧烈地增大。133.3.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v分分子子间间相相互互吸吸引引力力、排排斥斥力力有有使使分分子子聚聚在在一一起起的的趋趋势势，但但分分子子热热运运动动却却力力图图破坏这种趋向，使分子尽量相互散开。破坏这种趋向，使分子尽量相互散开。在在这这一一对对矛矛盾盾中中，温温度度、压压强强、体体积积等环境因素起了重要作用。等环境因素起了重要作用。14分子力分子力平衡位置平衡位置斥力起主要作用斥力起主要作用引力起主要作用引力起主要作用R R分子力有效作用半径分子力有效作用半径r引力引力斥力斥力