La natura molecolare dell'energia interna

Le molecole mostrano vari gradi di libertà, tra cui traslazionali, rotazionali e vibratori, che influenzano la loro energia interna totale.

L'energia elettronica, le forze intermolecolari e l'energia a riposo di elettroni e nuclei influenzano anch'essi l'energia interna molare delle molecole.

Per i gas monoatomici che si muovono in tre dimensioni a una temperatura T, il teorema dell'equipartizione calcola l'energia cinetica traslazionale come 3/2 kT. Moltiplicandolo per il numero di Avogadro si ottiene l'energia traslazionale molare di 3/2R T.

Per i gas poliatomici, l'energia rotazionale molare contribuisce con 1/2R T aggiuntivo per ogni modo rotazionale da tre modi nelle molecole non lineari e due in quelle lineari.

L'energia vibrazionale molare è un componente più complesso che varia in base alla temperatura e al tipo di molecola.

Nei gas ideali, dove le forze intermolecolari sono trascurabili, le energie molari elettroniche e di massa a riposo rimangono costanti.

Per i gas monoatomici ideali, l'energia interna molare dipende esclusivamente dall'energia traslazionale molare, stabilendo una relazione lineare tra energia interna molare e temperatura.