ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
N
A
= 6, 023 · 10
23 −1
10
17
Ââåäåíèå
Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà èçó÷àåò ñâîéñòâà ìàêðîñêîïè÷åñêèõ òåë (ñèñòåì), ñîñòîÿ-
ùèõ èç áîëüøîãî ÷èñëà ÷àñòèö. Ïðåäñòàâëåíèå î ÷èñëå ÷àñòèö â ìàêðîñêîïè÷åñêîé
ñèñòåìå äàåò òàê íàçûâàåìîå ÷èñëî Àâîãàäðî ÷èñëî àòîìîâ â ìîëå âåùåñòâà:
NA = 6, 023 · 1023 ìîëü−1 . Äëÿ ñðàâíåíèÿ: ÷èñëî ñåêóíä, ïðîøåäøèõ çà âñå âðåìÿ
ñóùåñòâîâàíèÿ íàøåé ïëàíåòû, ïðèìåðíî ðàâíî 1017 , ÷òî â ìèëëèîí ðàç ìåíüøå,
÷åì ÷èñëî ìîëåêóë â 3 ãðàììàõ âîäû.
Íà ïåðâûé âçãëÿä çàäà÷à ïîñòðîåíèÿ ôèçè÷åñêîé òåîðèè âåùåñòâà êàæåòñÿ áåç-
íàäåæíîé. Â ñàìîì äåëå, ñ îäíîé ñòîðîíû, âñå ñâîéñòâà âåùåñòâà îïðåäåëÿþòñÿ
â êîíå÷íîì èòîãå äâèæåíèåì è âçàèìîäåéñòâèåì àòîìîâ è ìîëåêóë, ò.å. çàêîíàìè
ìåõàíèêè. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðèìåíèòü ýòè çàêîíû ê îïèñàíèþ äâèæåíèÿ àòîìîâ
â âåùåñòâå ñîâåðøåííî íåâîçìîæíî èç-çà èõ îãðîìíîãî ÷èñëà. Ìû óâèäèì, îäíàêî,
÷òî â ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêå óäàëîñü ðàçðàáîòàòü îñîáûå ìåòîäû îïèñàíèÿ ìàêðî-
ñêîïè÷åñêèõ ñèñòåì, êîòîðûå îïèðàþòñÿ íà ìåõàíè÷åñêèå çàêîíû, íî â êîòîðûõ íå
òðåáóåòñÿ äåòàëüíî çíàòü, êàê äâèæåòñÿ êàæäàÿ ÷àñòèöà. Áîëåå òîãî, ýòè ìåòîäû
îêàçûâàþòñÿ ýôôåêòèâíûìè èìåííî ïîòîìó, ÷òî ÷àñòèö î÷åíü ìíîãî.
Êàê óæå áûëî ñêàçàíî, "çà êóëèñàìè" ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ñâîéñòâ âñåãäà ñòîÿò
çàêîíû ìåõàíèêè, óïðàâëÿþùèå äâèæåíèåì è âçàèìîäåéñòâèåì àòîìîâ. Òðóäíîñòü
èçëîæåíèÿ ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêè íà ýëåìåíòàðíîì óðîâíå ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðà-
âèëüíûìè çàêîíàìè ìåõàíèêè àòîìîâ ÿâëÿþòñÿ çàêîíû êâàíòîâîé ìåõàíèêè, à
íå ìåõàíèêè Íüþòîíà. Òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïîëíîñòüþ ïîíÿòü ñâîéñòâà âåùå-
ñòâà, íóæíî çíàòü êâàíòîâóþ ìåõàíèêó. Âïðî÷åì, âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ âïîëíå ìîæíî
îãðàíè÷èòüñÿ òîé ïðèáëèæåííîé êàðòèíîé, êîòîðóþ äàþò íüþòîíîâñêàÿ ìåõàíèêà
è óïðîùåííûå ìîäåëè àòîìîâ è ìîëåêóë. Ìû òàê è ïîñòóïèì. Ñëåäóåò ïîìíèòü, îä-
íàêî, ÷òî íà êàêîì-òî øàãå êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà äîëæíà ïðèâåñòè ê òðóäíîñòÿì.
Ïîñêîëüêó ÷èòàòåëü åùå íå èçó÷àë âñåðüåç êâàíòîâóþ ìåõàíèêó, ìû ïîñòàðàåìñÿ
õîòÿ áû îáúÿñíèòü, â ÷åì ñîñòîÿò ýòè òðóäíîñòè, è äàòü ïðåäñòàâëåíèå î òîì, êàê
îíè ðàçðåøàþòñÿ ñ ó÷åòîì êâàíòîâîé ïðèðîäû àòîìîâ è ìîëåêóë.
1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêè
 ñîâðåìåííîé ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêå èñïîëüçóþòñÿ äâà îñíîâíûõ ìåòîäà èçó÷åíèÿ
ñâîéñòâ âåùåñòâà. Ýòè ìåòîäû âçàèìíî äîïîëíÿþò äðóã äðóãà è îäèíàêîâî óñïåøíî
ïðèìåíÿþòñÿ íà ïðàêòèêå.
Ñòàòèñòè÷åñêèé ìåòîä îñíîâàí íà àòîìíî-ìîëåêóëÿðíîì ñòðîåíèè âåùåñòâà
è ïîýòîìó ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêè ïðèíÿòî íàçûâàòü ñòà-
òèñòè÷åñêîé ìåõàíèêîé. Ïîÿñíèì ñìûñë òåðìèíà "ñòàòèñòè÷åñêèé" â ýòîì íà-
çâàíèè. Êàê óæå îòìå÷àëîñü, ÷èñëî àòîìîâ î÷åíü âåëèêî. Ïîýòîìó åñòåñòâåííî
ñ÷èòàòü, ÷òî õàðàêòåð äâèæåíèÿ îòäåëüíîãî àòîìà íå èãðàåò íèêàêîé ðîëè ïðè
îïèñàíèè ñâîéñòâ âåùåñòâà.  ÷àñòíîñòè, åñëè ìû õîòèì íàéòè õàðàêòåðèñòèêó
èíòåíñèâíîñòè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ àòîìîâ â âåùåñòâå, íå èìååò ñìûñëà çàäàâàòü
ñêîðîñòè èëè êèíåòè÷åñêèå ýíåðãèè âñåõ àòîìîâ. Ýòà èíôîðìàöèÿ ÿâëÿåòñÿ, ïî
ñóùåñòâó, èçáûòî÷íîé. Äîñòàòî÷íî óêàçàòü ñðåäíþþ ñêîðîñòü èëè ñðåäíþþ êèíå-
òè÷åñêóþ ýíåðãèþ. Òàêîé ñòàòèñòè÷åñêèé ñïîñîá îïèñàíèÿ ïðèìåíÿåòñÿ íå òîëüêî
1
