Kimya Gazların Kinetik Teorisi

Gazların Kinetik Teorisi

Maddenin moleküler kavramı gazların moleküler davranışını da açıklayabilir Bu yaklaşım Gazların Kinetik-Moleküler Teorisi olarak bilinir 1800 yıllarda Ludwig Boltzmann, James Clerk Maxwell ve R J E Clausius teorinin geliştirilmesi için çalışmışlardır Geliştirilen teori için postülatlar

1 Gazlar moleküler olarak adlandırılan taneciklerden oluşur ve belirli bir gazın molekülleri tamamen birbirine özdeştir Farklı gazlara ilişkin moleküller ise farklı kütle ve boyuttadır

2 Kap içindeki gaz moleküleri ortamın sıcaklığına da bağımlı olarak sürekli ve tamamen gelişigüzel hareket ederler

3 Gaz moleküllerinin gerek kendi aralarında gerekse kabın cidarı ile yaptıkları çarpışmalar tamamen esnektir Gaz molekülerinin cidarla çarpışmaları sonucu basınç olarak bilinen olay ortaya çıkmaktadır Basınç, gaz moleküllerinin birim yüzeye uyguladıkları kuvvettir

4 Kap içindeki gaz moleküllerinin sabit sıcaklıktaki basınçları zamanla değişim göstermez, moleküller çarpışmaları sırasında sürtünme kuvvetleriyle karşılaşmazlar Böylece hareket enerjileri kayba uğramaz

5 Gaz ortamdaki molekülerin kinetik enerjileri ortamın mutlak sıcaklığı ile doğru orantılıdır

6 Düşük basınçlarda gaz moleküleri arasındaki mesafeler, molekül çaplarına oranla çok fazladır Böylece moleküller arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak değişen moleküller arası çekim kuvveti ihmal edilebilecek kadar düşük değerdedir

7 Gaz molekülerinin kendi hacimleri, işgal ettikleri kabın hacmine oranla çok küçüktür ve hesaplamalarda ihmal edilebilir

şeklindedir

Kinetik teorinin matematiksel analizi için; m; molekül kütleli, ve u; hızına sahip n' tane gaz molekülünün kübik bir hacim içinde olduğunu düşünelim Üç eksen doğrultusunda eşit olasılıkla hareket eden taneciğin hız bileşenleri ux, uy ve uz olsun Molekülün bileşke hızı ise;

eşitliği ile verilebilir u hızı hız kareleri ortalamalı hızı olarak adlandırılır yz düzleminde ve x ekseni doğrultusunda bir tek gaz molekülü taneciğinin çepere çarparak sahip olabileceği momentum değişimi, elestik çarpma sonucu - ux hızıyla geri döneceği için;

olacaktır kübün bir kenar uzunluğu L ise, bir saniyede ux/2L defa x ekseni tarafındaki sağ yüzeye çarpacak olan gaz molekülünün momentum değişimi

olacaktır Aynı gaz molekülü için x ekseni doğrultusundaki zıt yz yüzeyinde de momentum değişimi olacağından, x ekseni doğrultusundaki bir molekülün birim saniyedeki momentum değişimi olacaktır y ve z eksen doğrultusundaki momentum değişimleri de sırasıyla ve olacaktır Bu nedenle tek bir molekül için üç eksen boyunca saniyedeki momentum değişimi için

yazılabilir Kab içindeki molekül sayısı n' olduğundan bir saniyede toplam momentum değişimi olacaktır momentum değişim hızı F kuvvetini oluşturduğundan, birim yüzeye etkiyen kuvvet, basınç olarak aşağıdaki bağıntı ile verilebilir

Burada A toplam yüzey ve P basınçtır Kübik bir yapının toplam yüzeyi A=6L2 olacağından, basınç;

ifadesi ile verilebilir Kübün hacmi V=L3 olduğundan son eşitlik için

ve

bağıntıları yazılabilir Bu sonuç kinetik teorinin temel ifadesidir