Kas ir gāzu kinētiskā teorija un kā tā tiek definēta?

Gāzes kinētiskā enerģija attiecas uz katras tās daļiņas ietilpību, kas ir atkarīga no ātruma un līdz ar to arī no temperatūras, kurai tā tiek pakļauta. Pamatojoties uz šo koncepciju, gāzes difūzija ļauj tai pārvietoties pa vidi.

Abi jēdzieni, kinētiskā enerģija un difūzija gāzēs, ir aplūkoti Molekulārā kinētiskā teorija kuru izstrādājuši divi zinātnieki (Bolcmans un Maksvels) un kas kopumā izskaidro gāzu uzvedību.

Kinētiskās enerģijas funkcija un mainīgie

Principā Teorija apraksta tādus mainīgos lielumus kā daļiņu ātrums un kinētiskā enerģija un Tas tos tieši saista ar citiem mainīgajiem lielumiem, piemēram, spiedienu un temperatūru, kādā atrodas gāze Iesniegt. Pamatojoties uz to, ir iespējams aprakstīt, ka:

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

Tas nozīmē, ka spiediens un tilpums ir saistīti ar molekulas mainīgajiem lielumiem (m un N).

Pamatojoties uz iepriekš minēto, Maksvels un Bolcmans ierosina matemātisko funkciju, kas var aprakstīt gāzes ātrumu sadalījumu kā tās molārās masas un temperatūras funkciju. Jāatzīmē, ka šis rezultāts iegūts no statistiskās analīzes, kur visām gāzes daļiņām nav vienāds ātrums, katram ir savs ātrums, un pēc sadalījuma līknē var atrast ātruma vērtību puse. Visbeidzot, tiek teikts, ka gāzes vidējais ātrums ir:

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

Kur ātrums ir atkarīgs no absolūtās temperatūras (T), molmasas (M) un universālās gāzes konstantes (R).

Tad var interpretēt, ka, ja dažādas gāzes atrodas vienā temperatūrā, tai, kurai ir lielāka molārā masa, būs mazāks vidējais ātrums un otrādi. Tāpat, ja viena un tā pati gāze tiek pakļauta divām dažādām temperatūrām, tai, kur temperatūra ir augstāka, būs lielāks vidējais ātrums, kā tas ir sagaidāms.

Ātruma jēdziens ir cieši saistīts ar gāzes kinētisko enerģiju, jo:

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

Daļiņas enerģija ir tās vidējā ātruma funkcija. Tagad gāzei saskaņā ar molekulāri kinētisko teoriju ir zināms, ka vidējo vērtību nosaka:

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

Un tas ir atkarīgs tikai no temperatūras.

difūzija gāzēs

Runājot par gāzēm, lai tās definētu, var minēt dažādas īpašības. Piemēram, mēs varam runāt par tā blīvumu, viskozitāti, tvaika spiedienu, kā arī daudziem citiem mainīgajiem lielumiem. Viens no tiem (un ļoti svarīgs) ir izplatīšana.

Difūzija ir saistīta ar tā paša spēju pārvietoties noteiktā vidē. Kopumā difūzija ir saistīta ar "dzinējspēkiem", kas nodrošina šķidruma migrāciju no vienas puses uz otru. Piemēram, gāzes difūzija ir atkarīga no daudziem parametriem, piemēram, vai pastāv spiediena starpība starp punktiem A un B, uz kuriem tā virzās, vai koncentrāciju atšķirības. Savukārt tas ir atkarīgs arī no tādiem faktoriem kā temperatūra un gāzes molārā masa, kā redzams iepriekš.

Pamatojoties uz iepriekš minēto, Grehems pētīja gāzu uzvedību to difūzijas ziņā un atdarināja likumu, kas nosaka, ka:

"Pie pastāvīga spiediena un temperatūras dažādu gāzu difūzijas ātrumi ir apgriezti proporcionāli to blīvuma kvadrātsaknei." Matemātiskā izteiksmē to izsaka šādi:

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

Ir v1 un v2 gāzu ātrumi un \(\rho \) to blīvumi.

Ja strādājam matemātiski ar iepriekšējo izteiksmi, mēs iegūstam:

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

Tā kā M1 un M2 ir attiecīgi molārās masas un, ja spiediens un temperatūra nemainās, attiecība starp tām ir identiska attiecībai starp gāzu blīvumiem.

Visbeidzot, Grehema likums izsaka iepriekš minēto difūzijas laika izteiksmē. Ja mēs uzskatām, ka abām gāzēm ir jāizkliedējas vienā garumā un ar iepriekš noteikto ātrumu v1 un v2, var teikt, ka:

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

Visbeidzot, mēs varam secināt, ka gāzei ar lielāku molmasu būs ilgāks difūzijas laiks nekā gāzei ar mazāku molmasu, ja abas tiek pakļautas vienādiem temperatūras un spiediena apstākļiem.