Vitesses moléculaires et énergie cinétique

Toutes les particules de gaz ont une énergie cinétique, qui est fonction de la masse de la particule, en kilogrammes, et de la vitesse, ou de l'amplitude de sa vitesse, en mètres par seconde. À chaque collision, les vitesses des particules de gaz individuelles changent. Par conséquent, une collection de particules de gaz a en fait une distribution, ou gamme, des vitesses et des énergies cinétiques.

Cela signifie qu'à tout moment, certaines molécules se déplacent plus lentement que d'autres;cependant, l'énergie cinétique moyenne reste la même. L'énergie cinétique moyenne est liée à la moyenne des carrés des vitesses, ou vitesse moyenne-carrée-qui restent toutes deux constantes à une température donnée pour un gaz donné. Maintenant, l'énergie cinétique moyenne d'une mole d'un gaz est exprimée en introduisant la constante d'Avogadro, NA.Le produit de la masse par particule et de la constante d'Avogadro de particules par mole est égal à la masse molaire du gaz en kilogrammes par mole.

Rappelons de la théorie moléculaire cinétique que l'énergie cinétique moyenne d'une mole de gaz est directement proportionnelle à la température. Grâce à des dérivations complexes, on trouve que la constante de proportionnalité est de 3/2 R.En combinant les deux équations, en réarrangeant les termes et en prenant la racine carrée des deux côtés, on rapporte la racine carrée de la vitesse moyenne-carrée aussi appelée vitesse moyenne-carrée, ou RMS la masse molaire et la température absolue d'un gaz. La vitesse RMS est inversement proportionnelle à la masse molaire et directement proportionnelle à la température.

Supposons que deux gaz-hélium et argon-soient à la même température. Comme l'hélium a la masse molaire inférieure, l'équation indique que l'hélium doit avoir une vitesse RMS plus élevée que l'argon. Une observation similaire est faite dans un graphique de la distribution des vitesses moléculaires pour trois gaz hélium, argon et chlore à la même température.

Notez que même si tous les gaz ont la même énergie cinétique moyenne, le gaz le plus léger, l'hélium, a à la fois la vitesse RMS la plus élevée et la distribution de vitesse la plus large, correspondant à la plus large gamme de vitesses moléculaires. Un graphique de la distribution de la vitesse pour n'importe quel gaz disons, argon à différentes températures montre une augmentation de la vitesse RMS et un élargissement de la distribution de la vitesse à des températures plus élevées. En bref, les gaz se déplacent plus rapidement à des températures plus élevées.

Par exemple, les particules de gaz provoquant l'arôme des aliments chauds se déplacent plus rapidement que les particules des aliments froids. Ainsi, les aliments chauds sont détectés plus rapidement que les aliments froids.