ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ МОЛЕКУЛЫ ЭФИРА

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) основывается на трех основных положениях:

1) всякое вещество состоит из частиц – атомов, молекул, ионов;

2) атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом движении;

3) между частицами существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, давление – это средняя величина, результат большого числа соударений молекул об стенку сосуда. Такие средние величины, как давление, температура характеризуют движение и взаимодействие огромной совокупности частиц.

Создателем МКТ газов считается австрийский ученый Людвиг Больцман (1844–1906). Он ввел в физику представление о том, что макроскопический параметр газа – температура (Т) – является мерой энергии кинетического движения частиц. Легко измеряемая температура дает нам наглядное представление об энергии, с которой движутся невидимые мельчайшие частицы.

P=nkT;

В данных уравнениях постоянная Больцмана k как бы связывает характеристики микромира (средняя кинетическая энергия частиц E) и характеристики макромира (давление газа Р и его температуру Т). Молекула – это наименьшая частица вещества, сохраняющая все его свойства. В данной работе определяется одна из важнейших характеристик молекулы – масса молекулы (m₀). Массу молекул нельзя измерить непосредственно, т. к. размеры атомов примерно 10^{-10 м, а величина массы примерно} 10^{-27 кг.}

Описание экспериментальной установки и эксперимента

Экспериментальная установка изображена на рис.1. Стеклянный сосуд закрыт пробкой, через которую проходит стеклянная трубка, с помощью

Рис.1

резинового шланга соединенная с жидкостным манометром. Через вторую пробку проходит игла от шприца. С помощью шприца в сосуд вводят некоторое количество эфира, который быстро испаряется, образуя ненасыщенные пары. К ним можно применить законы идеального газа.

Плотность газа по определению находится по формуле:

(1)

где m– масса газа, а V – объем сосуда.

Также плотность газа можно найти, зная массу одной молекулы m₀ и количество молекул в единице объема n, т. е. r= m₀n (2).

Приравнивая правые части равенств (1) и (2), получим формулу для нахождения массы m₀ молекулы эфира:

(3)

Концентрацию (n) молекул можно определить, используя основное уравнение МКТ: Р = nkT, из которого следует:

(4)

где P – парциальное давление газообразного эфира;

k – постоянная Больцмана;

T– абсолютная температура.

Парциальное давление эфира в нашей установке уравновешивается давлением столбика жидкости h в манометрической трубке, т. е.:

P =r_вg h,

где r_в – плотность жидкости (воды) в манометре;

g – ускорение свободного падения;

h – разность уровней в манометре.

Тогда формулу (4) можно записать в виде:

(5)

Выразив массу паров эфира через плотность и объем введенного в сосуд жидкого эфира, из формулы (4) и (5) определяют массу одной молекулы:

(6)

(Нужно иметь в виду, что массы молекул жидкого и газообразного эфира равны).