5.8
すべての気体粒子は 運動エネルギーを持っており これは粒子質量(キログラム)と 速度(速度の大きさ)の 関数(メートル毎秒)です 衝突するたびに 個々のガス粒子の速度は 変化します したがって ガス粒子の集合体は 実際には 速度と運動エネルギーの 分布(範囲)を持っています つまり ある分子は 他の分子よりも 遅い速度で動いていますが 平均運動エネルギーは 変わらないということです 平均運動エネルギーは 速度の二乗の平均 つまり 平均二乗速度の平均に 関係しています さて ガス1モルの 平均運動エネルギーは アボガドロ定数NAを 導入することで表されます 粒子1個あたりの質量と 1モルあたりの粒子の アボガドロ定数の積は 1モルあたりの気体のモル質量を キログラムで表したものに 等しくなります 気体のモルの 平均運動エネルギーが 温度に正比例することを 運動分子理論から 思い出してください 複雑な導出により 比例定数は 3/2 Rであることが わかります 2つの式を組み合わせて 用語を並べ替えて 両側の平方根を取ると 平均二乗速度の 平方根を関連付ける また ルート-平均二乗 または RMS 速度と呼ばれる モル質量 およびガスの 絶対温度です RMS速度は モル質量に反比例し 温度に正比例します ヘリウムとアルゴンという 2つの気体が 同じ温度にあるとします ヘリウムの方が モル質量が小さいので 式はヘリウムの方が アルゴンよりも高いRMS速度を 持っていることを示しています 同じ温度で ヘリウム アルゴン 塩素という 3つのガスの分子速度の 分布をプロットしてみると 同じような傾向が観察ができます すべてのガスが同じ平均運動 エネルギーを持つにもかかわらず 最も軽いガスであるヘリウムは 分子速度の最も広い範囲に対応し 最も高いRMS速度と 最も広い速度分布の 両方を持っていることに 注意してください 気体の速度分布を異なる 温度でプロットすると 例えばアルゴンのよう より高い 温度ではRMS速度が増加し 速度分布が広がっていることが わかります つまり ガスは高温になるほど 速く移動します 例えば 高温の食品からの 香りの原因となるガス粒子は 低温の食品からの粒子よりも 速く移動します このように熱い食物は冷たい 食物よりも早く検出されます
分子運動論は、様々な気体法則で記述されている挙動を定性的に説明します。 この理論の定理をより定量的に適用して、個々の法則を導き出すことができます。
気体試料中の分子は、平均運動エネルギーと平均速度を持つが、個々には異なる速度で移動します。 分子は、運動量が制限される弾性衝突を頻繁に起こしています。…
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