TEORYANG MOLEKULAR KINETIC: KASAYSAYAN, POSTULATE AT HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang teoryang molekular kinetic ay isa na naglalayong ipaliwanag ang mga pang-eksperimentong obserbasyon ng mga gas mula sa isang mikroskopikong pananaw. Iyon ay, sinusubukan nitong iugnay ang likas at pag-uugali ng mga sangkap na gas na may mga pisikal na katangian ng gas bilang isang likido; ipaliwanag ang macroscopic mula sa mikroskopiko.

Ang mga gas ay palaging naging interes sa mga siyentipiko dahil sa kanilang mga katangian. Sinakop nila ang buong dami ng lalagyan kung saan sila matatagpuan, na maaaring ganap na mai-compress nang walang nilalaman ang tumutol sa hindi bababa sa paglaban; at kung tumaas ang temperatura, ang lalagyan ay nagsisimula upang mapalawak, at maaaring kahit na pumutok.

Gaseous particle sa mga kondisyon na malayo o malapit sa pagkalunod. Pinagmulan: Olivier Cleynen at Gumagamit: Sharayanan

Marami sa mga pag-aari at pag-uugali na ito ay buod sa ideal na mga batas sa gas. Gayunpaman, isinasaalang-alang nila ang gas sa kabuuan at hindi bilang isang koleksyon ng milyun-milyong mga particle na nakakalat sa espasyo; Bukod dito, hindi ito nagbibigay, batay sa presyon, dami at data ng temperatura, karagdagang impormasyon tungkol sa kung paano lumipat ang mga partikulo na ito.

Kaya't pagkatapos na ang teorya ng molekular na teorya (TCM), ay nagmumungkahi na mailarawan ang mga ito bilang mga mobile spheres (itaas na imahe). Ang mga spheres na ito ay bumangga sa isa't isa at ang mga pader ay hindi sinasadya, at mapanatili ang isang guhit na tilapon. Gayunpaman, kapag bumababa ang temperatura at tumataas ang presyon, ang tilapon ng mga spheres ay nagiging curved.

Ang isang gas, ayon sa TCM, ay dapat kumilos tulad ng mga spheres sa unang frame ng imahe. Ngunit, sa pamamagitan ng paglamig at pagtaas ng presyon sa kanila, ang kanilang pag-uugali ay malayo sa perpekto. Ang mga ito ay tunay na mga gas, malapit sa sumasailalim sa pagkatuyo at sa gayon ay pumapasok sa likido na yugto.

Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga spheres ay nagiging mas mahalaga, hanggang sa ang sandaling ang kanilang mga tulin ay pansamantalang bumagal. Ang mas malapit na sila sa pagkalugi, mas maraming curvy ang kanilang mga tilapon na maging (inset sa kanan), at ang kanilang mga banggaan ay hindi gaanong masigla.

Kasaysayan

Daniel Bernoulli

Ang ideya ng mga spheres na ito, na mas mahusay na tinawag na mga atomo, ay itinuring na ng pilosopong Romano na si Lucretius; hindi para sa mga gas, ngunit para sa solid, static na mga bagay. Sa kabilang banda, noong 1738, inilapat ni Daniel Bernoulli ang pangitain ng atom sa mga gas at likido sa pamamagitan ng pag-iisip ng mga ito bilang disordered spheres na gumagalaw sa lahat ng direksyon.

Ang kanyang gawain, gayunpaman, ay nilabag ang mga batas ng pisika sa oras; ang isang katawan ay hindi makagalaw magpakailanman, kaya imposibleng isipin na ang isang hanay ng mga atoms at mga molekula ay magkakasamang bumangga sa bawat isa nang hindi nawawala ang kanilang enerhiya; iyon ay, ang pagkakaroon ng nababanat na banggaan ay hindi posible.

Rudolf clausius

Pagkalipas ng isang siglo, pinalakas ng ibang mga may-akda ang TCM na may isang modelo kung saan lumipat ang mga particle ng gas sa isang direksyon. Si Rudolf Clausius, gayunpaman, ay nagtipon ng kanyang mga resulta at nagtipon ng isang mas kumpletong modelo ng TCM kung saan hinahangad niyang ipaliwanag ang perpektong mga batas ng gas na ipinakita nina Boyle, Charles, Dalton, at Avogadro.

James Clerk Maxwell at Ludwig Boltzmann

Noong 1859, sinabi ni James Clerk Maxwell na ang mga gases na mga particle ay nagpapakita ng isang hanay ng mga bilis sa isang naibigay na temperatura, at ang isang hanay ng mga ito ay maaaring isaalang-alang sa pamamagitan ng isang average na bilis ng molekular.

Pagkatapos noong 1871 ay ikinonekta ni Ludwig Boltzmann ang umiiral na mga ideya na may entropy, at kung paano ang gas thermodynamically ay palaging may posibilidad na sakupin ang mas maraming puwang hangga't maaari sa isang homogenous at kusang paraan.

Mga postulate ng teorya ng molekular na teorya

Upang isaalang-alang ang gas mula sa mga partikulo nito, kinakailangan ang isang modelo kung saan natutupad ang ilang mga postulate o pagpapalagay; postulates na lohikal na dapat ay mahuhulaan at ipaliwanag (bilang matapat hangga't maaari) macroscopic at eksperimentong obserbasyon. Na sinabi, ang mga post ng TCM ay nabanggit at inilarawan.

Ang lakas ng tunog ng mga particle ng gas ay bale-wala

Sa isang lalagyan na puno ng mga sangkap na gas, ang mga ito ay nagkakalat at lumayo sa bawat isa sa lahat ng mga sulok. Kung sa isang sandali lahat sila ay maaaring dalhin sa isang tukoy na punto sa lalagyan, nang walang pagkalasing, mapapansin na sila lamang ay nasasakop ang isang napabayaang bahagi ng dami ng lalagyan.

Nangangahulugan ito na ang lalagyan, kahit na naglalaman ito ng milyon-milyong mga sangkap na gas, ay talagang walang laman kaysa sa buong (dami ng walang halaga na ratio na mas mababa sa 1); samakatuwid, kung pinapayagan ito ng mga hadlang, ito at ang gas sa loob nito ay maaaring mai-compress nang bigla; dahil sa huli ang mga particle ay napakaliit, tulad ng kanilang dami.

Ang walang kabuluhan na kaugnayan ng isang gas sa isang lalagyan. Pinagmulan: Gabriel Bolívar.

Ang imahe sa itaas nang tumpak na naglalarawan sa itaas, gamit ang isang bluish na kulay na gas.

Ang kaakit-akit na puwersa sa pagitan ng mga particle ay zero

Ang mga butil ng gas sa loob ng lalagyan ay bumangga sa bawat isa nang walang sapat na oras para sa kanilang mga pakikipag-ugnay upang makakuha ng lakas; kahit na mas kapag ang pangunahing pumapaligid sa kanila ay molekular na vacuum. Ang isang agarang kinahinatnan nito ay ang kanilang mga guhit na linya ay nagpapahintulot sa kanila na ganap na mapalibot ang dami ng lalagyan.

Kung hindi ito ang kaso, ang isang lalagyan na may isang "kakaiba" at "labyrinthine" na hugis ay magkakaroon ng mga kahalumigmigan na rehiyon bilang resulta ng paghalay ng gas; sa halip, ang mga partikulo ay naglalakbay sa buong lalagyan na may buong kalayaan, nang walang puwersa ng kanilang mga pakikipag-ugnay na huminto sa kanila.

Mga trajectory ng mga gases na mga particle kapag ang mga pakikipag-ugnay ay walang saysay o hindi gaanong kabuluhan (A., linear), at kung sila ay mahalaga (B., curves). Pinagmulan: Gabriel Bolívar.

Ang mga linear na tilapon ng itaas na imahe (A.) ay nagpapakita ng postulate na ito; habang kung ang mga tilapon ay hubog (B.), ipinapakita nito na mayroong mga pakikipag-ugnay na hindi maaaring balewalain sa pagitan ng mga partikulo.

Ang mga sangkap na gas ay laging gumagalaw

Mula sa unang dalawang postulate, ang katotohanan na ang mga partikulo ng gas ay hindi tumitigil sa paglipat ay nagkakabit din. Sa sandaling lumabo sa lalagyan, bumangga sila sa bawat isa at sa mga dingding nito, na may puwersa at bilis na direktang proporsyonal sa ganap na temperatura; ang puwersa na ito, presyon.

Kung ang mga sangkap na gas na huminto ay tumigil sa paglipat para sa isang instant, "mga wika ng usok" ay masaksihan sa loob ng lalagyan, na umuusbong mula sa wala, kung may sapat na oras upang ayusin ang kanilang mga sarili sa isang vacuum at magbigay ng mga random na hugis.

Ang mga banggaan sa pagitan ng mga particle at pader ng lalagyan ay nababanat

Kung ang mga nababanat na banggaan lamang sa pagitan ng mga sangkap na gas at ang mga dingding ng lalagyan ay namumuno sa loob ng lalagyan, ang kondensasyon ng gas ay hindi mangyayari (hangga't ang mga pisikal na kondisyon ay hindi nagbabago); o kung ano ang parehong bilang sinasabi na hindi sila kailanman nagpahinga at palaging nagbabanggaan.

Ito ay dahil sa nababanat na banggaan ay walang net pagkawala ng kinetic energy; ang isang maliit na butil ay nakabangga sa dingding at nagba-bounce sa parehong bilis. Kung ang isang maliit na butil kapag nagbabanggaan ay bumababa, ang iba ay nagpapabilis, nang hindi gumagawa ng init o tunog na nagkakalat ng kinetic enerhiya ng alinman sa kanila.

Kinetic enerhiya ay hindi mananatiling pare-pareho

Ang paggalaw ng mga particle ay random at magulong, upang hindi lahat ay may parehong bilis; tulad ng nangyayari, halimbawa, sa isang highway o sa isang pulutong. Ang ilan ay mas masigla at mabilis na maglakbay, habang ang iba ay mabagal, naghihintay ng banggaan upang mapabilis ang mga ito.

Upang ilarawan ang bilis nito, pagkatapos ay kinakailangan upang makalkula ang isang average; at kasama nito, ang average na kinetic energy ng mga gas na may mga gas o molekula ay nakuha sa pagliko. Tulad ng kinetic enerhiya ng lahat ng mga particle ay patuloy na nagbabago, ang averaging ay nagbibigay-daan sa mas mahusay na kontrol ng data at maaaring magtrabaho nang may higit na pagiging maaasahan.

Ang average na enerhiya ng kinetic ay katumbas ng isang naibigay na temperatura para sa lahat ng mga gas

Ang average na molekular na kinetic enerhiya (EC _mp ) sa isang lalagyan ay nagbabago sa temperatura. Ang mas mataas na temperatura, mas mataas ang enerhiya. Dahil ito ay isang average, maaaring mayroong mga particle o gas na may higit o mas kaunting enerhiya na may kinalaman sa halagang ito; ang ilang mga mas mabilis at ang ilan ay mas mabagal, ayon sa pagkakabanggit.

Maaari itong ipakita sa matematika na ang EC _{mp ay} nakasalalay ng eksklusibo sa temperatura. Nangangahulugan ito na anuman ang gas, ang masa o molekular na istraktura nito, ang EC _mp ay magkapareho sa isang temperatura ng T at mag-iiba lamang kung tataas o bababa ito. Sa lahat ng mga postulate, marahil ito ang pinaka may-katuturan.

At ano ang tungkol sa average na bilis ng molekular? Hindi tulad ng EC _mp , ang molekular na masa ay nakakaimpluwensya sa bilis. Ang mas mabibigat na butil o molekula ng gas, natural na asahan itong ilipat ito nang mas mabagal.

Mga halimbawa

Narito ang mga maikling halimbawa ng kung paano pinamamahalaang ng TCM na ipaliwanag ang mga tamang batas sa gas. Kahit na hindi natugunan, ang iba pang mga phenomena, tulad ng pagsasabog at pagbubunga ng mga gas, ay maaari ding ipaliwanag sa TCM.

Batas ni Boyle

Kung ang lakas ng tunog ng lalagyan ay naka-compress sa pare-pareho ang temperatura, ang distansya na ang mga particle ng gas ay dapat maglakbay upang mabangga sa mga dingding; na kung saan ay katumbas ng isang pagtaas sa dalas ng naturang banggaan, na nagreresulta sa higit na presyon. Habang patuloy ang temperatura, pare-pareho rin ang EC _mp .

Batas ni Charles

Kung tataas mo ang T, ang EC _{mp ay} tataas. Ang mga gases na mga particle ay lilipat nang mas mabilis at mabangga sa mga dingding ng lalagyan nang mas maraming beses; tumataas ang presyon.

Kung ang mga pader ay may kakayahang umangkop, magagawang mapalawak, ang kanilang lugar ay magiging mas malaki at ang presyon ay bababa hanggang sa maging palagi; at bilang resulta, tataas din ang dami.

Batas ni Dalton

Kung ang ilang mga litro ng iba't ibang mga gas ay idinagdag sa isang maluwang na lalagyan, na nagmula sa mga mas maliit na lalagyan, ang kabuuang panloob na presyon ay magiging katumbas ng kabuuan ng bahagyang mga panggigipit na isinagawa ng bawat uri ng gas nang hiwalay.

Bakit? Sapagkat ang lahat ng mga gas ay nagsisimula na bumangga sa bawat isa at upang ikalat ang homogenous; ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay zero, at ang vacuum ay namumuno sa lalagyan (TCM nag-postulate), kaya't kung ang bawat gas ay nag-iisa, na pinipilit nang paisa-isa ang presyon nito nang walang pagkagambala sa iba pang mga gas.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Learning, P 426-431.
2. Fernandez Pablo. (2019). Teorya ng Molecular Kinetic. Vix. Nabawi mula sa: vix.com
3. Jones, Andrew Zimmerman. (Pebrero 7, 2019). Teorya ng Kinetic Molecular of Gases. Nabawi mula sa: thoughtco.com
4. Hall Nancy. (Mayo 5, 2015). Kinetic teorya ng mga gas. Glenn Research Center. Nabawi mula sa: grc.nasa.gov
5. Blaber M. & Lower S. (Oktubre 9, 2018). Mga Batayan ng Kinetic Molecular Theory. Chemistry LibreTexts. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
6. Ang teorya ng Kinetic Molecular. Nabawi mula sa: chemed.chem.purdue.edu
7. Wikipedia. (2019). Kinetic teorya ng mga gas. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
8. Toppr. (sf). Ang teorya ng molekular na molekular ng mga gas. Nabawi mula sa: toppr.com