Što je kinetička teorija plinova i kako je definirana?

Kinetička energija plina odnosi se na kapacitet svake njegove čestice, koja ovisi o brzini i, prema tome, o temperaturi kojoj je izložena. Na temelju ovog koncepta, difuzija plina omogućuje mu kretanje kroz medij.

Oba koncepta, kinetička energija i difuzija u plinovima, obrađena su u Molekularno kinetička teorija koji su razvila dva znanstvenika (Boltzmann i Maxwell) i objašnjava ponašanje plinova općenito.

Funkcija i varijable kinetičke energije

U principu, teorija opisuje varijable kao što su brzina i kinetička energija čestica i Izravno ih povezuje s drugim varijablama kao što su tlak i temperatura na kojima se plin nalazi podnijeti. Na temelju toga moguće je opisati sljedeće:

\(P = \;\frac{{m\; \cdot \;{v^2} \cdot \;N}}{{3 \cdot V}}\)

To jest, tlak i volumen povezani su s varijablama molekule (m i N).

Na temelju gore navedenog, Maxwell i Bolzmann predlažu matematičku funkciju koja može opisati distribuciju brzina plina kao funkciju njegove molarne mase i temperature. Treba napomenuti da se do ovog rezultata došlo statističkom analizom, gdje sve čestice plina nemaju iste brzine, svaki ima svoju brzinu, a iz raspodjele u krivulji moguće je pronaći vrijednost brzine pola. Konačno, kaže se da je prosječna brzina plina:

\(v = \sqrt {\frac{{3\;R\;T}}{M}} \)

Pri čemu brzina ovisi o apsolutnoj temperaturi (T), molarnoj masi (M) i univerzalnoj plinskoj konstanti (R).

Tada se može protumačiti da ako su različiti plinovi na istoj temperaturi, onaj s većom molarnom masom imat će nižu prosječnu brzinu i obrnuto. Isto tako, ako je isti plin izložen dvjema različitim temperaturama, onaj čija je temperatura viša imat će veću prosječnu brzinu, što je i za očekivati.

Pojam brzine usko je povezan s kinetičkom energijom plina jer:

\(Ec = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Energija čestice je funkcija njezine prosječne brzine. Sada, za plin, prema teoriji molekularne kinetike poznato je da je prosječna vrijednost dana sa:

\(\overline {Ec} = \;\frac{{3\;R\;T}}{2}\)

A ovisi isključivo o temperaturi.

difuzija u plinovima

Kada govorimo o plinovima, da bismo ih definirali, možemo spomenuti različita svojstva. Na primjer, možemo govoriti o njegovoj gustoći, viskoznosti, tlaku pare kao i mnogim drugim varijablama. Jedan od njih (i vrlo važan) je diseminacija.

Difuzija je povezana sa sposobnošću istih da se kreću u određenoj okolini. Općenito, difuzija je povezana s "pokretačkim silama" koje omogućuju migraciju tekućine s jedne strane na drugu. Na primjer, difuzija plina ovisi o mnogim parametrima, kao što je postoji li razlika u tlaku između točaka A i B prema kojima se kreće ili razlika u koncentracijama. Zauzvrat, također ovisi o čimbenicima kao što su temperatura i molarna masa plina, kao što je gore prikazano.

Na temelju gore navedenog, Graham je proučavao ponašanje plinova u smislu njihove difuzije i oponašao zakon koji utvrđuje da:

"Pri konstantnom tlaku i temperaturi, stope difuzije različitih plinova obrnuto su proporcionalne kvadratnom korijenu njihove gustoće." U matematičkim terminima to se izražava na sljedeći način:

\(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{\rho _2}}}{{{\rho _1}}}} \)

Budući da su v1 i v2 brzine plinova i \(\rho \) njihove gustoće.

Ako matematički radimo s prethodnim izrazom, dobivamo:

\(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

Budući da su M1 i M2 molarne mase i, ako tlak i temperatura ne variraju, odnos između njih je identičan odnosu između gustoća plinova.

Konačno, Grahamov zakon izražava gore navedeno u terminima vremena difuzije. Ako uzmemo u obzir da oba plina moraju difundirati duž iste duljine i prethodno određenim brzinama v1 i v2, može se reći da:

\(\frac{{{t_1}}}{{{t_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

Konačno, možemo zaključiti da će plin s većom molarnom masom imati dulje vrijeme difuzije od plina s nižom molarnom masom, ako su oba podvrgnuta istim uvjetima temperature i tlaka.