Bilim Nedir Son Makaleler

GAZLARIN KİNETİK MOLEKÜL KURAMI

Tarafından yazılmıştır admin

Gaz yasaları, gazların genel davranışlarını öngörmede yardımcı olur. Ancak makroskopik dünyada gözlemlediğimiz değişimlerin molekül seviyesinde nasıl olduğunu açıklayamaz. Örneğin, ısıtılan gaz neden genleşir?

Ondokuzuncu yüzyılda, bazı fizikçiler, özellikle Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltz­mann ve İskoç fizikçi James Clerk Maxwell, gazların fiziksel özelliklerinin, molekül­lerin bireysel hareketlerine bağlı olarak açıklanabileceğini öne sürmüşlerdir. Molekül hareketi, iş yapabilme veya değişim üretebilme kapasitesi olarak tanımlanan enerji şeklindedir. Mekanikte, iş, kuvvetle uzaklığın çarpımı olarak tanımlanır. Enerji iş olarak ölçülebilir.

enerji = yapılan iş

= kuvvet X uzaklık

Joule (J), enerjinin SI birimidir.

1 J = 1 kg m2/s2
= 1 N m

Enerji kilojoule (kJ) olarak da ifade edilebilir:

1 kJ = 1000 J

Farklı enerji türleri vardır. Kinetik enerji (KE), hareketli cismin enerjisidir veya hareket enerjisidir.

Maxwell, Boltzmann ve diğer bilim adamlarının buluşları, gazların kinetik molekül kuramı veya gazların kinetik kuramı olarak bilinen, gaz davranışı hakkında birçok genelleme ile sonuçlanmıştır. Kinetik kuramda temel varsayımlar şunlardır:

  1. Bir gaz moleküllerden oluşur ve moleküller sahip oldukları boyutlardan çok daha büyük uzaklıklarla birbirlerinden ayrılmışlardır. Moleküller, “noktalar” olarak düşünülebilir; yani, kütleleri vardır ama hacimleri ihmal edilebilir.
  2. Gaz molekülleri, rastgele yönlerde hareket ederler ve birbirleriyle sık sık çar­pışırlar. Moleküller arasındaki çarpışmalar tamamen esnektir. Diğer bir deyişle, çarpışma sonucu enerji bir molekülden diğerine taşınabilir. Bununla birlikte, sis­temdeki bütün moleküllerin toplam enerjisi aynı kalır.
  3. Gaz molekülleri, birbirlerine ne çekme, ne de itme kuvveti uygularlar.
  4. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi, gazın kelvin sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Aynı sıcaklıkta bulunan iki gaz aynı ortalama kinetik enerjiye sahip olacaktır. Bir molekülün ortalama kinetik enerjisi  ,  ile verilir. Burada m, molekülün kütlesi, u hızdır. Yatay çizgi, ortalama değeri gösterir. hız kareleri ortalaması olarak adlandırılır ve tüm moleküllerin hızlarının karelerinin ortalamasıdır:   Burada N, moleküllerin sayısıdır.Varsayım 4 e göre;∝ T

    ∝ T

    = CT

    elde edilir. Burada C, orantı sabiti, T mutlak sıcaklıktır.

    Gazların kinetik kuramına göre, bir gazın basıncı, gaz molekülleri arasındaki çarpışmaların ve moleküller ile kabın çeperleri arasındaki çarpışmaların bir sonucudur. Bu basınç, birim alandaki çarpışma frekansına ve moleküllerin ne kadar “sert” duvara çarptığına bağlıdır. Kuram ayrıca, molekül sıcaklığının etkisini de açıklar. Yukarıdaki eşitliğe göre, bir gazın mutlak sıcaklığı, moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Diğer bir deyişle, mutlak sıcaklık, moleküllerin rastgele hareketliliklerini de etkiler (daha yüksek sıcaklık, daha enerjili moleküller demektir). Bu hareket gaz örneğinin sıcaklığı ile ilgilidir ve bazen rastgele molekül hareketi ısıl hareket olarak da ifade edilir.

    Gazların Kinetik Kuramının Uygulanması

    Gazların kinetik kuramı oldukça basit bir modele dayanmasına karşın, içerdiği matematiksel ayrıntılar çok karmaşıktır. Bununla birlikle, bu kuram nitel olarak gaz halindeki maddelerin genel özelliklerini açıklamak için kullanılabilir. Aşağıdaki örnekler, bu kullanım alanlarını göstermektedir.

    • Gazların Sıkıştırılabilirliği: Gaz fazında, moleküller birbirinden büyük uzaklıklarla (varsayım 1) ayrıldıkları için, gazlar daha küçük bir hacme sıkıştırılabilirler
    • Boyle Yasası: Bir gazın basıncı, gaz moleküllerinin kabın çeperleriyle çarpışmasından ortaya çıkar. Çarpışma hızı ya da saniyede çeperlere çarpma sayısı, gazın yoğunluğu (yani, birim hacimdeki molekül sayısı) ile orantılıdır. Gazın hacmi azaldıkça, yoğunluğu ve bundan dolayı çarpışma hızı artar. Bu nedenle bir gazın basıncı kapladığı hacimle ters orantılıdır; hacim azaldıkça basınç artar veya basınç arttıkça hacim azalır.
    • Charles Yasası: Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi gazın mutlak sıcaklığı (varsayım 4) ile orantılı olduğundan, sıcaklık yükseldikçe ortalama kinetik enerji artar. Bu nedenle, eğer gaz ısıtılırsa moleküller kabın çeperlerine daha sık ve daha büyük bir etki ile çarpacak ve böylece basınç artacaktır. Gazın hacmi, gaz basıncı sabit dış basınçla dengeleninceye kadar genişleyecek­tir (Şekil 5.
    • Avogadro Yasası: Bir gazın basıncının gazın hem yoğunluğu hem de sıcaklığı ile doğru orantılı olduğunu görmüştük. Gazın kütlesi, gazın mol sayısı (n) ile doğru orantılı olduğundan, yoğunluğu n/V ile gösterilebilir. Böylece;P ∝ n/V Tİki gaz için,  P1 ∝ (n1T1)/ V1  =  C (n1T1)/ V1

      P2 ∝ (n2T2 )/ V= C (n2T2)/ V2

      yazarız, burada C orantı sabitidir. İki gaz, aynı basınç, hacim ve sıcaklık koşularında ise (yani, P1= P2 , T1= Tve V1= V2 olduğunda) n1= n2 olur ve bu da Avogadro yasasının matematiksel ifadesidir.

    • Dalton’un Kısmi Basınçlar Yasası: Eğer moleküller birbirlerini çekmez veya itmezse (varsayanı 3), herhangi bir molekül tarafından uygulanan basınç diğerinin varlığından etkilenmez. Sonuçta, toplam basınç, her bir gazın basınçları toplamı­dır.

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: