5.6:
动力学分子理论：基本假设
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
气体定律统整了理想气体之 间不同性质之间的关系 而动力学分子理论解释了 为何气体会遵循这个定律。这个理论立基在一些假设或假定之上。第一个假设是气体粒子 的大小可以被忽略。气体主要是由分隔的距离远 比自己尺寸大的小粒子 们所组成的空的空间。他们合并的体积相对于容纳气 体的总体积是微不足道的。相对于固体和液体，他们因为紧密的粒子之间的间距而不可压缩，气体则是高度可压缩。气体粒子处于直线向随机 方向运动的固定状态。他们的路径只有在他们 与其他粒子或是容 器壁碰撞时改变。第二个假设是气体粒子有 完美的弹性碰撞。他们碰撞并互相反弹 而不黏在一起。这可以跟撞球比赛中撞球间 的碰撞来比较。当气体粒子碰撞，他们互相交换能量，但是没有能量的净损失。换言之，系统的总能量保持固定不变。气体粒子持续的移动；因此，他们具有动能。因此，第三个假设阐明 气体的平均动能 与绝对温度K成正比。这意思是动能会随着温度增加而增加，因此，粒子移动更快。在较高的温度下，他们的速率增加。相反的，当温度降低，粒子的动能也会降低，而他们移动较慢。在一个给定的温度下，所有气体，不论他们的分子量，都有相同的平均动能。动能等于质量乘以速率的平方。因此，要让不同气体有 相同的平均动能，它们的气体粒子 必须以不同的平均速率移动。因此，较重的气体有较低的平均速率，而较轻的气体有较高的平均速率。例如，氦气和氖气，当在相同温度之下，有相同的平均动能。但是由于他们质量的不同，氖原子移动得比氦原子慢得多。
5.6:
动力学分子理论：基本假设
理想气体状态方程是经验性的，它通过建立宏观性质之间的关系来描述气体的行为。例如，查尔斯定律规定，体积和温度直接相关。因此，当在恒定压力下加热时，气体会膨胀。尽管气体定律解释了宏观性质彼此之间如何变化，但并未解释其背后的原理。
动力学分子理论是一种微观模型，有助于理解当压力或温度发生变化时，气体分子在分子或原子水平上会发生什么。 1857年，鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）发表了一份完整而令人满意的理论，该理论通过基于对气体行为的数百次实验观察得出的假设有效地解释了不同的气体定律。
该理论的主要特点是：
- 气体由连续运动的粒子（原子或分子）组成，它们仅在与其他分子或容器壁碰撞时才以直线运动并改变方向。
在标准温度和压力下检查氩气样品。结果表明，只有0.01%的体积被两个氩原子之间的平均距离为3.3 nm纳米（氩原子半径为0.097 nm）的原子所占据。该距离远大于其自身的尺寸。
与气体之间的距离相比，构成气体的分子很小，可以忽略不计。因此，所有气体颗粒的总体积相对于容器的总体积可忽略不计。粒子被认为是“点”。的质量却可以忽略不计。
- 气体在容器中施加的压力是由气体分子与容器壁之间的碰撞引起的。 气体分子彼此之间或容器壁上没有吸引力或排斥力；因此，它们的碰撞是弹性的（不涉及能量损失）。
- 气体分子的平均动能与气体的开尔文温度成正比。
所有气体，无论其分子量如何，在相同温度下均具有相同的平均动能。
在弹性碰撞期间，能量在碰撞的粒子之间传递。因此，颗粒的平均动能保持恒定，并且不会随时间变化。
本文改编自 Openstax，化学2e， 9.5动力学分子理论。