Fizica Moleculară

1. INTRODUCERE

1.1.Fizica moleculara: obiect si metode de studiu.

Studiind la mecanica legile care guverneaza miscarea corpurilor, nu ne-am pus problema cum sunt structurate corpurile si care sunt proprietatile lor intrinseci. Masa si dimensiunile corpurilor erau suficiente pentru studiul miscarii, aplicarea fortelor asupra corpului necesitând cunoasterea numai a acestor proprietati.

Este evident însa ca numai prin masa sau dimensiuni nu pot fi caracterizate în întregime corpurile. Proprietatile care nu intervin în miscarea mecanica sunt de fapt intim legate prin alte fenomene naturale. Proprietatile corpurilor sunt functii de structura lor, de elementele care le compun si de fortele de interactie dintre aceste elemente.

Problema structurii materiei este una din problemele fundamentale ale fizicii.În reprezentarile cu care noi operam zilnic, corpurile sunt în general considerate ca un continuum, adica acestea ocupa spatiul cu materia care le compune.

Din acest punct de vedere unele procese, fenomene se explica simplu; de exemplu se stie ca încalzirea sau racirea unui corp determina dilatarea, respectiv contractarea acestuia. Reprezentarea corpului ca un continuum explica astfel de procese prin modificarea volumului pe care-l ocupa materia din care este constituit corpul.

Gândirea trebuie însa sa mearga mai departe pentru ca aceste fenomene aparent simple sa le explicam prin ceea ce se întâmpla în structura corpurilor, pentru ca de fapt corpurile se compun dintr-un numar foarte mare de particule pe care nu le putem vedea la un microscop obisnuit. Aceste particule infime ale materiei sunt moleculele iar între molecule se exercita fortele de interactiune moleculara.

Aceasta reprezentare este reprezentarea discontinua a materiei, acceptata din antichitate, sustinuta în prezent de o teorie riguroasa si verificata în timp de mii de experiente.

Existenta

celor trei stari de agregarea a materiei: solida lichida si gazoasa este o manifestare a fortelor intermoleculare.

În stare lichida si solida, moleculele se atrag suficient pentru a permite corpurilor sa-si conserve volumul si respectiv forma si volumul în cazul solidelor. În stare gazoasa, datorita fortelor de interactiune slabe, gazul ocupa întreg volumul, oricât de mare ar fi, adica gazul este expansibil. Aceasta proprietate de expansibilitate a gazului pune în evidenta ca moleculele sunt într-o permanenta miscare. O serie de alte proprietati ale gazului arata ca aceasta miscare continua, se desfasoara în mod dezordonat, haotic (aceasta înseamna ca nu exista o directie privelegiata, preferentiala de miscare).

Aceasta miscare haotica a moleculelor poarta numele de “agitatie termica”. Proprietatea moleculelor de a se gasi în stare de agitatie termica este proprie nu numai

gazelor ci si starilor lichida si solida cu precizarea ca natura miscarii termice la acestea din urma este diferita de cea a gazului.

Asadar, materia este compusa din particule infime (molecule) care interactioneaza între ele si se gasesc într-o stare de perpetua miscare dezordonata- agitatia termica.

Obiectul fizicii moleculare este sudiul proprietatilor materiei, pornind de la faptul ca aceasta este constituita dintr-un ansamblu format dintr-un numar foarte mare de particule în miscare.Studiul sistemelor de acest fel prezinta dificultati mari, mai ales pentru ca trebuie sa se tina seama de fortele de interactiune dintre molecule.

Totodata, o serie de proprietati ale substantei, numeroase fenomene care se deruleaza în interiorul substantei pot fi studiata fara o cunoastere în detaliu a mecanismului miscarilor moleculare, adica ne raportam numai la marimile macroscopice, marimile care caracterizeaza substanta în ansamblul sau.În acest caz, raportarea la particule izolate este lipsita de semnificatie fizica si incorecta. De exemplu nu vorbim niciodata despre presiunea sau temperatura unei molecule! Acesti parametrii se definesc prin proprietati macroscopice ale ansamblului de molecule.

Deci, când se studiaza proprietatile materiei legate de agitatia termica a moleculelor, se folosesc legi generale care sunt întotdeauna valabile, independent de natura miscarilor moleculare, de interactia si de structura substantei.

Pentru toate fenomenele care le vom studia, fenomene de natura termica (fizica moleculara se mai numeste uneori si fizica fenomenelor termice), nu va fi nevoie sa tinem seama de structura atomica si de natura cuantica a proceselor interatomice.

Ca urmare, rezumând, studiul fenomenelor legate de miscarea termica se poate face pe cale microscopica si macroscopica.

Schematizarea metodica pentru abordarea miscarii termice