5.6: 动力学分子理论:基本假设

理想气体状态方程是经验性的，它通过建立宏观性质之间的关系来描述气体的行为。例如，查尔斯定律规定，体积和温度直接相关。因此，当在恒定压力下加热时，气体会膨胀。尽管气体定律解释了宏观性质彼此之间如何变化，但并未解释其背后的原理。

动力学分子理论是一种微观模型，有助于理解当压力或温度发生变化时，气体分子在分子或原子水平上会发生什么。 1857年，鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）发表了一份完整而令人满意的理论，该理论通过基于对气体行为的数百次实验观察得出的假设有效地解释了不同的气体定律。

该理论的主要特点是:

1. 气体由连续运动的粒子（原子或分子）组成，它们仅在与其他分子或容器壁碰撞时才以直线运动并改变方向。
   在标准温度和压力下检查氩气样品。结果表明，只有0.01%的体积被两个氩原子之间的平均距离为3.3 nm纳米（氩原子半径为0.097 nm）的原子所占据。该距离远大于其自身的尺寸。
与气体之间的距离相比，构成气体的分子很小，可以忽略不计。因此，所有气体颗粒的总体积相对于容器的总体积可忽略不计。粒子被认为是”点”。的质量却可以忽略不计。
2. 气体在容器中施加的压力是由气体分子与容器壁之间的碰撞引起的。
气体分子彼此之间或容器壁上没有吸引力或排斥力;因此，它们的碰撞是弹性的（不涉及能量损失）。
在弹性碰撞期间，能量在碰撞的粒子之间传递。因此，颗粒的平均动能保持恒定，并且不会随时间变化。
3. 气体分子的平均动能与气体的开尔文温度成正比。
   所有气体，无论其分子量如何，在相同温度下均具有相同的平均动能。

本文改编自 Openstax，化学2e， 9.5动力学分子理论。