5.6: Молекулярно-кинетическая теория: основные постулаты

Эмпирическое уравнение идеального газа описывает поведение газов, устанавливая связи между их макроскопическими свойствами. Например, в законе Чарльза говорится, что объем и температура напрямую связаны. Таким образом, газы расширяются при нагревании при постоянном давлении. Хотя газовые законы объясняют, как макроскопические свойства меняются относительно друг друга, они не дают обоснованния этому.

Молекулярно-кинетическая теория — это микроскопическая модель, которая помогает понять, что происходит с частицами газа на молекулярном или атомном уровне при таких условиях, как изменение давления или температуры. В 1857 году Рудольф Клаузиус опубликовал полную и удовлетворительную форму теории, которая эффективно объясняет различные газовые законы постулатами, которые были разработаны на основе сотен экспериментальных наблюдений за поведением газов.

Основные особенности этой теории:

1. Газы состоят из частиц (атомов или молекул), которые находятся в непрерывном движении и двигаются по прямым и изменяющимся траекториям только при столкновении с другими молекулами или со стенками контейнера.
   Проверьте образец аргона-газа при стандартной температуре и давлении. Показано, что только 0.01% объема представлен атомами со средним расстоянием 3.3 нм (атомный радиус аргона составляет 0.097 нм) между двумя атомами аргона. Расстояние намного больше, чем его собственный размер.
2. Молекулы, составляющие газ, пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними. Таким образом, суммарный объем всех частиц газа пренебрежимо мал относительно общего объема контейнера. Частицы считаются “точками”, которые имеют массу , но пренебрежимо малый объём.
3. Давление, оказываемое газом в контейнере, возникает в результате столкновений между молекулами газа и стенками контейнера.
4. Молекулы газа не оказывают притягивающих или отталкивающих сил друг на друга или стенки контейнера, поэтому их столкновения эластичны (не влекут за собой потери энергии).
   При упругих столкновениях энергия передается между ударяющимися частицами. Таким образом, средняя кинетическая энергия частиц остается постоянной и не меняется со временем.
5. Средняя кинетическая энергия молекул газа пропорциональна температуре газа в Кельвинах.
   Все газы, независимо от их молекулярной массы, имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию при одинаковой температуре.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., Раздел 9.5 Молекулярно-кинетическая теория.