Tartalom
- A kinetikai elmélet feltételezései.
- A kinetikai elmélettel magyarázott gázok tulajdonságai.
- A tökéletes gázról szóló törvény.
- Eltérések a tökéletes gáz magatartástól.
A kinetikai molekuláris elmélet, más néven a gázok kinetikai elmélete, egy nagy teljesítményű modell, amelynek célja a gáz mérhető tulajdonságainak magyarázata a gázrészecskék kis léptékű mozgása szempontjából. A kinetikai elmélet magyarázza a gázok tulajdonságait a részecskék mozgása szempontjából. A kinetikai elmélet számos feltevésen alapul, és ezért megközelítő modell.
A kinetikai elmélet feltételezései.
A kinetikus modellben a gázokat "tökéletesnek" tekintik. A tökéletes gázok olyan molekulákat tartalmaznak, amelyek teljesen véletlenszerűen mozognak, és soha nem állnak le. Az összes gázszemcsés ütés teljesen rugalmas, vagyis nincs energiaveszteség. (Ha nem ez lenne a helyzet, akkor a gázmolekuláknak végül elfogy az energia és felhalmozódhatnának a tartályuk padlóján.) A következő feltételezés az, hogy a molekulák mérete elhanyagolható, vagyis lényegében nulla átmérőjűek. Ez szinte igaz nagyon kicsi monoatómiai gázokra, például héliumra, neonra vagy argonra. A végső feltételezés az, hogy a gázmolekulák csak akkor lépnek kölcsönhatásba egymással, ha összeütköznek. A kinetikai elmélet nem veszi figyelembe a molekulák közötti elektrosztatikus erőket.
A kinetikai elmélettel magyarázott gázok tulajdonságai.
A gáznak három belső tulajdonsága van: nyomása, hőmérséklete és térfogata. Ez a három tulajdonság összekapcsolódik és kinetikai elmélettel magyarázható. A nyomást a részecskék ütik be a gáztartály falába. Egy nem merev tartály, például egy ballon, addig terjed, amíg a ballon belsejében lévő gáznyomás megegyezik a ballon külső oldalán lévõ gáznyomásával. Ha a gáz alacsony nyomású, az ütközések száma kevesebb, mint a magas nyomásnál. A rögzített térfogatú gáz hőmérsékletének emelése szintén növeli annak nyomását, mivel a hő miatt a részecskék gyorsabban mozognak. Hasonlóan a térfogat bővítése, amelyben a gáz képes mozogni, csökkenti a nyomást és a hőmérsékletet.
A tökéletes gázról szóló törvény.
Robert Boyle volt az elsők között, akik felfedezték a kapcsolatokat a gázok tulajdonságai között. A Boyles-törvény szerint egy állandó hőmérsékleten a gáz nyomása fordítottan arányos a térfogatával. Károly törvénye, miután Jacques Charles figyelembe vette a hőmérsékletet, megállapítva, hogy egy rögzített nyomásnál a gáz térfogata közvetlenül arányos a hőmérsékletével.Ezeket az egyenleteket kombinálva egy tökéletes gázállapotot alakítottak ki egy mol gázra, pV = RT, ahol p nyomás, V térfogat, T hőmérséklet és R az univerzális gázállandó.
Eltérések a tökéletes gáz magatartástól.
A tökéletes gázszabály jól működik alacsony nyomások esetén. Magas nyomáson vagy alacsony hőmérsékleten a gázmolekulák elég közel vannak egymáshoz; ezek a kölcsönhatások okozzák a gázok folyadékká való kondenzálódását, és ezek nélkül az anyag gáznemű lenne. Ezeket az interaktomikus kölcsönhatásokat Van der Waals erőknek nevezik. Következésképpen a tökéletes gázegyenlet módosítható, hogy tartalmazzon egy komponenst, amely leírja az intermolekuláris erőket. Ezt a bonyolultabb egyenletet Van der Waals állapot-egyenletnek hívják.