Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.8: Молекулярные скорости и кинетическая энергия
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Molecular Velocities and Kinetic Energy
 
ТРАНСКРИПТ

5.8: Молекулярные скорости и кинетическая энергия

Молекулярно-кинетическая теория качественно объясняет поведение, описанное различными газовыми законами. Постулаты этой теории могут быть применены более количественно для получения этих индивидуальных законов.

В совокупности молекулы в образце газа имеют среднюю кинетическую энергию и среднюю скорость; но в отдельности они движутся с разной скоростью. Молекулы часто подвергаются упругим столкновениям, в которых придан импульс. Поскольку сталкивающиеся молекулы отклонились с разной скоростью, отдельные молекулы имеют очень разные скорости. Однако из-за большого количества молекул и столкновений распределение молекулярной скорости и средняя скорость постоянны. Это молекулярное распределение скорости известно как распределение Максвелла-Больцмана, и в нем показано относительное количество молекул в объёмных пробах газа, которые обладают заданной скоростью.  

Кинетическая энергия (KE) частицы с массой (m) и скоростью (u) определяется как:

Выражение массы в килограммах и скорости в метрах в секунду даст значения энергии в единицах джоулей (J = кг·м22). Для работы с большим количеством молекул газа мы используем средние значения как для скорости, так и для кинетической энергии. В KMT средняя квадратическая скорость частицы (urms) корня определяется как квадратный корень среднего квадрата скоростей с n = количество частиц:

Средняя кинетическая энергия для моль частиц, KEavg, таким образом равна:

Где M — молярная масса, выраженная в единицах кг/моль. КЕавг молекул газа на моль также прямо пропорциональна температуре газа и может быть описана уравнением:

Где R — газовая постоянная, а T — температура в Кельвинах. При использовании в этом уравнении соответствующая форма газовой постоянной составляет 8.314 Дж/моль⋅K (8.314 кг·м22·моль·K). Эти два отдельных уравнения для KEavg можно комбинировать и перегруппировать, чтобы обеспечить взаимосвязь между молекулярной скоростью и температурой:

Если температура газа повышается, его KEavg увеличивается, больше молекул имеют более высокую скорость, а меньше молекул имеют более низкую скорость, и распределение смещается в сторону более высоких скоростей в целом, то есть вправо. Если температура снижается, KEavg уменьшается, больше молекул имеют более низкую скорость и меньше молекул имеют более высокую скорость, и распределение смещается в сторону более низких скоростей в целом, то есть влево.  

При заданной температуре все газы имеют одинаковую KEavg для своих молекул. Молекулярная скорость газа напрямую связана с молекулярной массой. Газы, состоящие из более легких молекул, имеют больше высокоскоростных частиц и более высокую urms, с распределением скорости, которое имеет максимум при относительно более высоких скоростях. Газы, состоящие из более тяжелых молекул, имеют больше низкоскоростных частиц, более низкую urms и скоростное распределение, которое имеет максимум при относительно низких скоростях.  

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

"

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter