Back to chapter

5.7:

תאוריית הקינטיקה המולקולרי וחוקי הגזים

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Kinetic Molecular Theory and Gas Laws Explain Properties of Gas Molecules

Languages

Share

זיהוי תכונות שונות של גזים על פי חוקי הגזים השונים כפי שניסחו אותם בויל, צ’רלס גה-ליסאק ואבוגדרו, מתאימה לעקרונות המתוארים בתיאוריה קינטית של הגזים. הלחץ שמפעיל הגז נובע מהתנגשויות בין חלקיקים נעים לבין דפנות המכל בו נמצא הגז. הקטנת נפח המכל, תוך שמירה על קביעות של מספר המולים והטמפרטורה, מצופפת את חלקיקי הגז ומקטינה את המרווח בין החלקיקים.כשנפח הגז קטן יותר, הצפיפות, ותדירות ההתנגשויות בין החלקיקים לדפנות עולה. מכאן שהלחץ המופעל על ידי הגז גדל. היחס ההפוך בין לחץ לנפח מתואר בחוק בויל.הגדלת מספר המולים של הגז במכל בטמפרטורה קבועה מגדילה את צפיפות הגז ומכאן שגם את תדירות ההתנגשויות. כדי לשמור על הלחץ הראשוני, הנפח צריך לגדול. הקשר הישר בין נפח למולים נקבע על פי חוק אבוגדרו.כעת, הניחו שמספר המולים נותר קבוע והטמפרטורה עולה. משום שהאנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקי הגז גדלה ביחס ישר לעליית הטמפרטורה, החלקיקים מתנגשים לעיתים תכופות יותר ובכוח רב יותר. אם הנפח נותר קבוע בזמן שהטמפרטורה עולה, צפיפות הגז ותדירות ההתנגשויות גדלות, ומכאן שגם הלחץ יגדל.היחס הישר בין לחץ לטמפרטורה נקבע על ידי חוק גה-ליסאק. לעומת זאת, אם הלחץ הוא זה שנותר קבוע יחד עם מספר מולים קבוע, אז עלייה בטמפרטורה מוכרחה להיות מלווה בהגדלת הנפח על מנת לפזר את ההתנגשויות על פני שטח פנים גדול יותר. היחס הישר בין נפח לטמפרטורה נקבע בחוק צ’רלס.לבסוף, על פי התאוריה הקינטית של גזים, חלקיקי גז לא נמשכים זה לזה ולא דוחים זה את זה. בתערובת של גזים שונים, הרכיבים מתנהגים באופן עצמאי והלחץ של כל אחד מהם לא מושפע מנוכחותם של גזים אחרים. הלחץ הכולל של התערובת הוא סך הלחצים החלקיים של הגזים השונים.זהו חוק דלטון.

5.7:

תאוריית הקינטיקה המולקולרי וחוקי הגזים

The test of the kinetic molecular theory (KMT) and its postulates is its ability to explain and describe the behavior of a gas. The various gas laws (Boyle’s, Charles’s, Gay-Lussac’s, Avogadro’s, and Dalton’s laws) can be derived from the assumptions of the KMT, which have led chemists to believe that the assumptions of the theory accurately represent the properties of gas molecules.

The Kinetic Molecular Theory Explains the Behavior of Gases

Recalling that gas pressure is exerted by rapidly moving gas molecules and depends directly on the number of molecules hitting a unit area of the wall per unit of time, the KMT conceptually explains the behavior of a gas as follows:

  • Gay-Lussac’s law: If the temperature is increased, the average speed and kinetic energy of the gas molecules increase. If the volume is held constant, the increased speed of the gas molecules results in more frequent and more forceful collisions with the walls of the container, therefore increasing the pressure. This is also termed as Amontons’s law.
  • Charles’s law: If the temperature of a gas is increased, constant pressure may be maintained only if the volume occupied by the gas increases. This will result in greater average distances traveled by the molecules to reach the container walls, as well as increased wall surface area. These conditions will decrease both the frequency of molecule-wall collisions and the number of collisions per unit area, the combined effects of which balance the effect of increased collision forces due to the greater kinetic energy at the higher temperature.
  • Boyle’s law: If the gas volume is decreased, the container wall area decreases, and the molecule-wall collision frequency increases, both of which increase the pressure exerted by the gas.
  • Avogadro’s law: At constant pressure and temperature, the frequency and force of molecule-wall collisions are constant. Under such conditions, increasing the number of gaseous molecules will require a proportional increase in the container volume in order to yield a decrease in the number of collisions per unit area to compensate for the increased frequency of collisions.
  • Dalton’s law: Because of the large distances between them, the molecules of one gas in a mixture bombard the container walls with the same frequency, whether other gases are present or not, and the total pressure of a gas mixture equals the sum of the (partial) pressures of the individual gases.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 9.5: The Kinetic-Molecular Theory.