Termodinamică

Structura discontinuă a substanței

Fondatorii concepției atomiste asupra substanței, filozofii greci Leucip (500-440 I.e.n.) și Democrit (460-370 I.e.n.), considerau că substanța are o structură discontinuă, fiind formată din particule aflate într-o mișcare continuă și dezordonată, numită mișcare termică (agitație termică).

Toate corpurile, indiferent de starea de agregare, sunt constituite din atomi. Prin asocierea a doi sau mai mulți atomi, între care se stabilesc legături chimice, se formează o moleculă, definită drept "cea mai mică parte dintr-o substanță care păstrează proprietățile substanței". Atomii sunt considerați molecule monoatomice.

Legi chimice de bază care atestă structura discontinuă a substanței

Legea proporțiilor definite: "La formarea unui compus dat, elementele se combină între ele într-un raport de masă riguros determinat”

Legea proporțiilor multiple: "Când două elemente pot forma mai mulți compuși, cantitățile dintr-un element care se combină cu una și aceeași cantitate din celălalt element se află într-un raport de numere întregi și mici”.

Legea lui Avogadro: "Volume de gaze diferite, aflate in aceleași condiții de temperatură și presiune, au același număr de molecule

Fenomenele termice - sunt fenomene fizice care se manifestă la scară macroscopică, datorate miscării termice a moleculelor dintr-un corp macroscopic.

Fenomenul termic reprezinta orice fenomen fizic legat de mișcarea permanentă, complet dezordonată și dependentă de temperatură care se manifestă la nivel molecular (agitație termică)

Miscarea termica are un caracter universal, prin urmare fenomenele termice însoțesc - cu o intensitate mai mica sau mai mare - fenomenele mecanice, electrice, magnetice, etc.

Fenomenele termice constau în shimbul de căldură dintre corpuri și mediul exterior .

Fenomenele termice se pot studia în cadrul:

-teoriei cinetico-moleculare - orice corp macroscopic este format dintr-un număr finit de molecule a căror mișcare se supune legilor mecanicii clasice (newtoniene);

-termodinamicii - studiază fenomenele termice din punctul de vedere al schimburilor energetice, fară a ține seamă de structura moleculară a corpurilor și folosind mărimi direct măsurabile (presiunea, volumul, temperatura) sau care pot fi calculate cu ajutorul altor mărimi determinate experimental. Termodinamica studiază sisteme termodinamice care interacționează cu mediul exterior prin transfer de energie sub formă de lucru mecanic și/sau căldură.

Experimente care evidențiază miscarea termică a moleculelor

Mișcarea termică a moleculelor a fost evidențiata experimental studiind fenomenele de difuzie și mișcare browniană.

Difuzia

Difuzia este fenomenul de pătrundere în toate direcțiile a moleculelor unui corp printre moleculele altui corp, fară intervenții exterioare . Fenomenul se manifestă pentru toate stările de agregare ale materiei.

a) Difuzia la gaze

Consideram doi cilindri identici din sticlă suprapuși și separați inițial printr-o placă (fig a). În cilindrul superior se introduce aer, iar in cel inferior un gaz colorat (dioxid de azot de culoare rosie). După scoaterea plăcii de separatie se constată omogenizarea culorilor gazelor aflate inițial la aceeași presiune și temperatură (gazele au difuzat).

b) Difuzia la lichide

Se folosesc două lichide, apă și un lichid colorat (sulfat de cupru , de culoare albastră), introduse în două compartimente identice, separate de un perete, având un orificiu inițial închis. Cele două lichide au aceleași condiții de presiune, volum și temperatură (fig b). După deschiderea orificiului de comunicare dintre compartimente se constată o uniformizare a culorii lichidelor, deoarece lichidele au difuzat unul în celălalt.

Comparativ cu experimentul precedent, viteza de difuzie este mai mică, fapt explicat prin existența unor forțe de coeziune mai intense între moleculele lichidelor.

c) Difuzia la solide. Se consideră două corpuri solide metalice puse în contact, cu suprafețe bine

slefuite, corpurile fiind presate puternic (fig c). După un timp se constată că cele două corpuri s-au sudat pe suprafața de contact, ceea ce dovedește că moleculele corpurilor au difuzat unul cu celălalt. Exemplu în fig.- sudarea Cu-Cu.

Observație: În toate experimentele prezentate anterior difuzia se desfașoară mai intens dacă se ridică temperatura.