Περιεχόμενο
- Υποθέσεις της Κινητικής Θεωρίας.
- Ιδιότητες των αερίων που εξηγούνται χρησιμοποιώντας την κινητική θεωρία.
- Ο νόμος περί τέλειου αερίου.
- Αποκλίσεις από τη συμπεριφορά τέλειου αερίου.
Η κινητική θεωρία, γνωστή και ως Κινητική Θεωρία των Αέριων, είναι ένα ισχυρό μοντέλο που επιδιώκει να εξηγήσει τα μετρήσιμα χαρακτηριστικά του αερίου από την άποψη των μικρών μετατοπίσεων σωματιδίων αερίου. Η κινητική θεωρία εξηγεί τις ιδιότητες των αερίων όσον αφορά την κίνηση των σωματιδίων της. Η κινητική θεωρία βασίζεται σε μια σειρά από υποθέσεις και γι 'αυτό είναι κατά προσέγγιση μοντέλο.
Υποθέσεις της Κινητικής Θεωρίας.
Τα αέρια στο κινητικό μοντέλο θεωρούνται "τέλεια". Τα τέλεια αέρια περιλαμβάνουν μόρια που κινούνται εντελώς τυχαία και δεν σταματούν ποτέ να κινούνται. Όλες οι συγκρούσεις σωματιδίων αερίων είναι εντελώς ελαστικές, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χάνεται ενέργεια. (Αν δεν συνέβαινε αυτό, τα μόρια αερίου τελικά θα έχανε ενέργεια και θα συσσωρεύονταν στο πάτωμα του δοχείου τους.) Η επόμενη παραδοχή είναι ότι το μέγεθος των μορίων είναι αμελητέο που σημαίνει ότι ουσιαστικά έχουν μηδενική διάμετρο. Αυτό ισχύει σχεδόν για πολύ μικρά μονοατομικά αέρια όπως το ήλιο, το νέον ή το αργό. Η τελική παραδοχή είναι ότι τα μόρια του αερίου δεν αλληλεπιδρούν παρά μόνο όταν συγκρούονται. Η κινητική θεωρία δεν θεωρεί ηλεκτροστατικές δυνάμεις μεταξύ μορίων.
Ιδιότητες των αερίων που εξηγούνται χρησιμοποιώντας την κινητική θεωρία.
Ένα αέριο έχει τρεις εγγενείς ιδιότητες, την πίεση, τη θερμοκρασία και τον όγκο. Αυτές οι τρεις ιδιότητες συνδέονται μεταξύ τους και μπορούν να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας την κινητική θεωρία. Η πίεση προκαλείται από σωματίδια που πέφτουν στο τοίχωμα του δοχείου αερίου. Ένα μη άκαμπτο δοχείο όπως ένα μπαλόνι θα επεκταθεί μέχρις ότου η πίεση του αερίου μέσα στο μπαλόνι ισούται με εκείνη του εξωτερικού του μπαλονιού. Όταν ένα αέριο είναι χαμηλής πίεσης, ο αριθμός των συγκρούσεων είναι μικρότερος από την υψηλή πίεση. Η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αερίου σε σταθερό όγκο αυξάνει επίσης την πίεση του καθώς η θερμότητα προκαλεί τα σωματίδια να κινούνται ταχύτερα. Ομοίως, η επέκταση της έντασης στον οποίο μπορεί να κινηθεί ένα αέριο μειώνει τόσο την πίεση όσο και τη θερμοκρασία.
Ο νόμος περί τέλειου αερίου.
Ο Robert Boyle ήταν από τους πρώτους που ανακάλυψαν δεσμούς μεταξύ των ιδιοτήτων των αερίων. Ο νόμος Boyles δηλώνει ότι σε μια σταθερή θερμοκρασία η πίεση ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τον όγκο του. Ο νόμος του Καρόλου, αφού ο Jacques Charles θεωρεί τη θερμοκρασία, διαπιστώνοντας ότι για μια σταθερή πίεση, ο όγκος ενός αερίου είναι ακριβώς ανάλογος με τη θερμοκρασία του.Αυτές οι εξισώσεις συνδυάστηκαν για να σχηματίσουν την τέλεια εξίσωση αερίου κατάστασης για ένα γραμμομόριο αερίου, pV = RT, όπου ρ είναι η πίεση, V είναι όγκος, Τ είναι θερμοκρασία και R είναι η γενική σταθερά αερίου.
Αποκλίσεις από τη συμπεριφορά τέλειου αερίου.
Ο τέλειος νόμος για το αέριο λειτουργεί καλά για χαμηλές πιέσεις. Σε υψηλές πιέσεις ή σε χαμηλές θερμοκρασίες τα μόρια αερίων έρχονται σε στενή εγγύτητα ώστε να αλληλεπιδρούν. αυτές οι αλληλεπιδράσεις προκαλούν την συμπύκνωση των αερίων σε υγρά και χωρίς αυτά όλα τα υλικά θα είναι αέρια. Αυτές οι αλληλεπιδομικές αλληλεπιδράσεις ονομάζονται δυνάμεις Van der Waals. Κατά συνέπεια, η τέλεια εξίσωση αερίων μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να συμπεριλάβει ένα συστατικό για να περιγράψει τις διαμοριακές δυνάμεις. Αυτή η πιο περίπλοκη εξίσωση ονομάζεται εξίσωση κράτους Van der Waals.