Молекулярно-кинетическая теория
Молекуля́рно-кинети́ческая тео́рия (МКТ), теория строения вещества, базирующаяся на следующих положениях: вещество состоит из частиц ничтожно малых размеров, эти частицы находятся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении и взаимодействуют друг с другом путём столкновений.
История становления и развития МКТ начиналась с интуитивных догадок мыслителей Античности (Демокрит, Эпикур) об атомной природе веществ. Более обоснованные, но всё ещё гипотетические атомистические представления развивались в 17–18 вв. (Р. Декарт, И. Ньютон, М. В. Ломоносов и др.). Веские доказательства атомно-молекулярного строения веществ получены в 1-й половине 19 в. (Дж. Дальтон, Ж. Л. Гей-Люссак, А. Авогадро) в результате открытия эмпирических газовых законов. В середине 19 в. сделаны открытия, заложившие основы МКТ: открытие принципа эквивалентности теплоты и работы (Дж. Джоуль), введение понятия абсолютной температуры и её связи с тепловой энергией (У. Томсон и Р. Клаузиус), установление распределения скоростей теплового движения молекул (Дж. К. Максвелл). Окончательно МКТ утвердилась после того, как несколькими независимыми способами было установлено значение числа Авогадро, что позволило определить массу и оценить эффективные размеры атомов и молекул (конец 19 – начало 20 вв.).
К основным понятиям МКТ относятся: средняя длина свободного пробега молекул , средняя скорость теплового движения молекул и число столкновений в единицу времени. Длина свободного пробега определяется числом молекул в единице объёма и эффективным сечением столкновений: . Число столкновений в единицу времени . МКТ, построенную на этих (весьма ограниченных) понятиях, принято называть элементарной МКТ. Для разреженных газов МКТ успешно объясняет все известные эмпирические законы (закон Бойля – Мариотта, законы Гей-Люссака, закон Авогадро), качественно и приближённо количественно описывает термодинамические и кинетические свойства разреженных газов (уравнение состояния, число столкновений молекул со стенкой сосуда, вязкость, теплопроводность и диффузию). МКТ позволяет связать макроскопические и микроскопические параметры идеального газа: давление ( – средняя кинетическая энергия молекул), коэффициент динамической вязкости ( – плотность газа), коэффициент теплопроводности ( – теплоёмкость газа при постоянном объёме), коэффициент диффузии .
В 20 в. МКТ получила дальнейшее развитие на основе квантовой механики и статистической физики и с тех пор составляет теоретическую часть физической и химической кинетики. Элементарная МКТ при этом не утратила своего значения для формирования первичных представлений о природе вещества и оценок по порядку величины скорости релаксационных процессов в газах.