Apa itu Teori Kinetik Gas, dan bagaimana definisinya?

Energi kinetik suatu gas mengacu pada kapasitas masing-masing partikelnya, yang bergantung pada kecepatan dan, oleh karena itu, pada suhu yang dialaminya. Berdasarkan konsep ini, difusi gas memungkinkannya bergerak melalui suatu medium.

Kedua konsep tersebut, energi kinetik dan difusi dalam gas, dibahas oleh Teori Kinetik Molekuler yang dikembangkan oleh dua ilmuwan (Boltzmann dan Maxwell) dan menjelaskan perilaku gas secara umum.

Fungsi dan variabel dalam energi kinetik

Pada prinsipnya, Teori menjelaskan variabel seperti kecepatan dan energi kinetik partikel dan Ini menghubungkan mereka secara langsung dengan variabel lain seperti tekanan dan suhu di mana gas berada kirim. Berdasarkan hal tersebut, dapat dijelaskan bahwa:

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

Artinya, Tekanan dan Volume terkait dengan variabel molekul (m dan N).

Berdasarkan penjelasan di atas, Maxwell dan Bolzmann mengusulkan sebuah fungsi matematis yang dapat menggambarkan distribusi kecepatan gas sebagai fungsi dari massa molar dan temperaturnya. Perlu dicatat bahwa hasil ini diperoleh dari analisis statistik, di mana semua partikel gas tidak memilikinya kecepatan yang sama, masing-masing memiliki kecepatannya sendiri, dan dari distribusi pada kurva dimungkinkan untuk menemukan nilai kecepatan setengah. Akhirnya, kecepatan rata-rata gas dikatakan:

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

Di mana kecepatan tergantung pada suhu absolut (T), massa molar (M) dan konstanta gas universal (R).

Kemudian, dapat diartikan bahwa jika gas yang berbeda berada pada temperatur yang sama, maka gas yang massa molarnya lebih besar akan memiliki kecepatan rata-rata yang lebih rendah dan sebaliknya. Demikian pula, jika gas yang sama terpapar pada dua suhu yang berbeda, suhu yang lebih tinggi akan memiliki kecepatan rata-rata yang lebih tinggi, seperti yang diharapkan.

Konsep kelajuan berhubungan erat dengan energi kinetik gas karena:

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

Energi partikel adalah fungsi dari kecepatan rata-ratanya. Nah, untuk gas, menurut Teori Kinetik Molekuler diketahui bahwa nilai rata-rata diberikan oleh:

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

Dan itu tergantung secara eksklusif pada suhu.

difusi dalam gas

Ketika kita berbicara tentang gas, untuk mendefinisikannya, kita dapat menyebutkan sifat-sifat yang berbeda. Sebagai contoh, kita dapat berbicara tentang densitasnya, viskositasnya, tekanan uapnya, serta banyak variabel lainnya. Salah satunya (dan yang sangat penting) adalah diseminasi.

Difusi terkait dengan kemampuan yang sama untuk bergerak di lingkungan tertentu. Secara umum, difusi berkaitan dengan “gaya penggerak” yang memungkinkan migrasi fluida dari satu sisi ke sisi lain. Misalnya, difusi gas bergantung pada banyak parameter, seperti apakah ada perbedaan tekanan antara titik A dan B yang dituju, atau perbedaan konsentrasi. Pada gilirannya, itu juga bergantung pada faktor-faktor seperti suhu dan massa molar gas, seperti yang terlihat di atas.

Berdasarkan hal di atas, Graham mempelajari perilaku gas dalam kaitannya dengan difusi dan meniru Hukum yang menetapkan bahwa:

"Pada tekanan dan suhu konstan, tingkat difusi gas yang berbeda berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari kerapatannya." Dalam istilah matematika dinyatakan sebagai berikut:

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

Menjadi v1 dan v2 kecepatan gas dan \(\rho \) kerapatannya.

Jika kita bekerja secara matematis dengan ekspresi sebelumnya kita mendapatkan:

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

Karena M1 dan M2 masing-masing adalah massa molar dan, jika tekanan dan suhu tidak berubah, hubungan antara keduanya identik dengan hubungan antara kerapatan gas.

Akhirnya, Hukum Graham mengungkapkan hal di atas dalam bentuk waktu difusi. Jika kita mempertimbangkan bahwa kedua gas harus berdifusi dengan panjang yang sama dan dengan kecepatan v1 dan v2 yang telah ditentukan sebelumnya, dapat dikatakan bahwa:

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

Akhirnya, kita dapat menyimpulkan bahwa gas dengan massa molar lebih tinggi akan memiliki waktu difusi yang lebih lama daripada gas dengan massa molar lebih rendah, jika keduanya mengalami kondisi suhu dan tekanan yang sama.