Молекулярно-кинетическая теория даёт объяснение свойств макроскопических тел и тепловых процессов, происходящих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных беспорядочно движущихся частиц. В основе молекулярно-кинетической теории (МКТ) лежат следующие утверждения, называемые основными положениями МКТ:
- Все вещества состоят из частиц (молекул и атомов);
- Частицы беспорядочно движутся;
- Частицы взаимодействуют — притягиваются или отталкиваются.
Каждое из этих утверждений находит свое опытное подтверждение (диффузия, броуновское движение, растворение веществ и т.д.). Свойства тел определяются движением взаимодействующих друг с другом частиц. Частицы, из которых состоит вещество имеют очень малые размеры, поэтому даже в небольших массах или объемах вещества содержится их огромное количество. Так как частицы имеют малые размеры, поэтому они имеют малые массы. В связи с этим, удобнее выражать массы частиц (будем обозначать массу частиц как $m_0$) не в абсолютных величинах — килограммах и граммах, а в относительных. Так в согласно международным соглашениям для измерения массы частиц используется — атомная единица масс (а.е.м.). Атомная единица массы равна $\frac{1}{12}$ массы атома углерода. Выбор углерода был обусловлен тем, что он входит в огромное число химических соединений, а множитель $\frac{1}{12}$ позволяет приблизить массы атомов к целым числам. Масса атома выраженная в а.е.м. называется относительной атомной массой ($A_r$). Для определения относительной массы атома пользуются Периодической таблицей химических элементов Д.И. Менделеева (ПСХЭ Д.И. Менделеева). Складывая относительные атомные массы элементов, входящих в состав молекулы вещества, можно вычислить относительную молекулярную массу вещества ($M_r$).
Например, молекула воды имеет химическую формулу $H_2O$, т.е. молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, относительные атомные массы которых, согласно ПСХЭ Д.И. Менделеева, равны соответственно $A_r(O)=16$ и $A_r(H)=1$, тогда относительная молекулярная масса воды равна
$M_r(H_2O)=2 \cdot 1 + 16 =18$ а.е.м.
Количество вещества также удобно измерять в относительных величинах, по причинам обозначенным выше. В системе СИ единицей количества вещества является — один моль. Один моль — это такое количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в 12 г углерода. Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одинаковое количество атомов или молекул. Это число называется постоянной Авогадро и равно $N_A=6,02\cdot 10^{23}$ моль-1. Количество вещества имеет обозначение — $\nu $. Для того чтобы узнать количество молекул в любом количестве вещества нужно постоянную Авогадро умножить на число молей данного вещества
$N=\nu \cdot N_A$.
Кроме обозначенных величин, для характеристики вещества используется понятие молярной массы. Молярной массой $(M)$ называется масса одного моля вещества. Единица измерения в системе СИ — кг/моль, однако широко используется и другая единица -г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно совпадает с относительной молекулярной массой, выраженной в а.е.м. Но нужно чётко понимать разницу между этими величинами, они равны лишь численно и отличаются по размерности. Получим некоторые полезные формулы. Саму молярную массу, согласно определению, можно найти следующим образом
$M=m_0 \cdot N_A$.
Масса вещества может быть найдена так
$m=m_0 \cdot N$.
Путем несложных преобразований можно получить формулу
$\nu =\frac{m}{M}$.
И, наконец, вспомним еще несколько формул, которые будут полезны нам при решении задач: плотность вещества
$\rho =\frac{m}{V}$,
концентрация молекул
$n=\frac{N}{V}$
и нахождение объема
$V=Sh$.