5.7: Молекулярно-кинетическая теория и газовые законы

Доказательство молекулярно-кинетической теории (KMT) и ее постулатов – это ее способность объяснить и описать поведение газа. Различные газовые законы (законы Бойля, Чарльза, Гей-Люссака, Авогадро и Дальтона) могут быть основаны на предположениях КМТ, которые привели к тому, что химики считают, что предположения теории точно отражают свойства молекул газа.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет поведение газов

Напоминая о том, что давление газа воздействует на быстро движущиеся молекулы газа и напрямую зависит от количества молекул, которые ударяются по единице стенки за единицу времени, KMT концептуально объясняет поведение газа следующим образом:

• Закон Гея-Люссака: Если температура повышается, то средняя скорость и кинетическая энергия молекул газа увеличиваются. Если объем удерживается постоянным, то увеличение скорости молекул газа приводит к более частым и более сильным столкновениям со стенками контейнера, тем самым увеличивая давление. Это также называется законом Амонтона.
• Закон Чарльза: Если температура газа повышается, то постоянное давление может поддерживаться только в том случае, если объем газа увеличивается. Это приведет к увеличению среднего расстояния, пройденного молекулами для достижения стенок контейнера, а также к увеличению площади поверхности стены. Эти условия снижают как частоту столкновений молекул со стенками, так и количество столкновений на единицу площади, и объединенные эффекты уравновешивает влияние возросших сил столкновения из-за большей кинетической энергии при более высокой температуре.
• Закон Бойля: Если объем газа уменьшается, площадь стенки контейнера уменьшается, а частота столкновений молекулы-стены увеличивается, и оба эффекта увеличивают давление газа.
• Закон Авогадро: При постоянном давлении и температуре частота и сила столкновений молекул и стенок постоянны. В таких условиях увеличение количества молекул газа потребует пропорционального увеличения объема контейнера, чтобы уменьшить количество столкновений на единицу площади для компенсации повышенной частоты столкновений.
• Закон Дальтона: Из-за больших расстояний между ними, молекулы одного газа в смеси бомбардируют стенки контейнера с такой же частотой, независимо, присутствуют ли другие газы или нет, а общее давление газовой смеси равняется сумме (частичных) давлений отдельных газов.

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