Kinetische moleculaire theorie: moleculaire snelheden, temperatuur en kinetische energie

Alle gasdeeltjes hebben kinetische energie, die een functie is van de massa van het deeltje, in kilogram, en snelheid, of de grootte van zijn snelheid, in meter per seconde. Bij elke botsing veranderen de snelheden van individuele gasdeeltjes. Daarom heeft een verzameling gasdeeltjes in feite een verdeling of bereik van snelheden en kinetische energieën.

Dit betekent dat sommige moleculen op elk moment langzamer bewegen dan andere;de gemiddelde kinetische energie blijft echter hetzelfde. De gemiddelde kinetische energie is gerelateerd aan het gemiddelde van de kwadraten van de snelheden, of de gemiddelde kwadraatsnelheid die beide constant blijven bij een bepaalde temperatuur voor een bepaald gas. Nu wordt de gemiddelde kinetische energie van één mol gas uitgedrukt door de constante van Avogadro, NA, in te voeren.

Het product van de massa per deeltje en Avogadro's constante van deeltjes per mol is gelijk aan de molaire massa van het gas in kilogram per mol. Bedenk uit de kinetische moleculaire theorie dat de gemiddelde kinetische energie van een mol gas recht evenredig is met de temperatuur. Door middel van complexe afleidingen blijkt de evenredigheidsconstante 3/2 R te zijn.

Door de twee vergelijkingen te combineren, de termen opnieuw te rangschikken en de wortel aan beide zijden te nemen, wordt de wortel van de gemiddelde-kwadraatsnelheid ook wel kwadratisch gemiddelde, of RMS, snelheid genoemd de molaire massa en de absolute temperatuur van een gas. De RMS snelheid is omgekeerd evenredig met de molaire massa en recht evenredig met de temperatuur. Stel dat twee gassen helium en argon dezelfde temperatuur hebben.

Omdat helium een lagere molaire massa heeft, geeft de vergelijking aan dat helium een hogere RMS snelheid moet hebben dan argon. Een soortgelijke waarneming wordt gedaan in een grafiek van de verdeling van moleculaire snelheden voor drie gassen helium, argon en chloor bij dezelfde temperatuur. Merk op dat, hoewel alle gassen dezelfde gemiddelde kinetische energie hebben, het lichtste gas, helium, zowel de hoogste RMS snelheid als de breedste snelheidsverdeling heeft, wat overeenkomt met het grootste bereik van moleculaire snelheden.

Een grafiek van de snelheidsverdeling voor elk gas bijvoorbeeld argon bij verschillende temperaturen toont een toename van de RMS snelheid en een verbreding van de snelheidsverdeling bij hogere temperaturen. Kortom, gassen bewegen sneller bij hogere temperaturen. Zo bewegen de geurveroorzakende gasdeeltjes van warm voedsel sneller dan deeltjes van koud voedsel.

Zo worden warme gerechten sneller opgemerkt dan koude gerechten.