Description du comportement des gaz réels avec la théorie cinétique moléculaire

Hypothèse d'un gaz idéal par la théorie cinétique moléculaire. L’utilité principale de la théorie moléculaire cinétique est de comprendre les gaz et de prédire leurs comportements. Il permet de relier les comportements microscopiques des gaz idéaux aux propriétés macroscopiques d’autres gaz. Lors de l'utilisation de la théorie moléculaire cinétique pour le gaz idéal, cinq hypothèses ont été formuléesLes gaz contiennent de nombreuses molécules en mouvement constant, aléatoire et linéaire. Cela signifie que les molécules de gaz se déplacent librement dans un mouvement linéaire et que leur mouvement est constant et ne change pas.

Le volume de toutes les molécules est presque négligeable par rapport au volume total du gaz. Parce que les molécules de gaz sont très éloignées les unes des autres, tout le volume correspond au volume d’espace qu’elles occupent. En tant qu’individus, leur volume est négligeableParce que les molécules sont très éloignées les unes des autres, les forces intermoléculaires dans le gaz sont négligeables. Les molécules se déplacent de manière aléatoire et libre en raison de l’absence d’attraction entre elles.

La collision entre les molécules de gaz est élastique. Cela signifie que les molécules de gaz ont la même énergie cinétique à température constante. Mais cela ne s’applique pas lorsque la température changeÀ n’importe quelle température, toutes les molécules de gaz ont la même énergie cinétique en équilibre. Cela signifie que l’énergie cinétique moyenne des molécules de gaz est proportionnelle à la température ou à la température absolue.

Équation cinétique moléculaire. La théorie moléculaire cinétique renseigne sur l'état de la matière et repose sur le concept selon lequel la matière est constituée de minuscules particules. Ces particules se déplacent librement. L'équation et la théorie cinétique des gaz moléculaires ont été développées par Bernoulli en 1738. Parce que les molécules de gaz se déplacent très librement et que la force d’attraction n’est pas disponible pour les lier ensemble.

De plus, au XIXe siècle, Joule, Kronig, Clausius, Boltzman et Maxwell ont travaillé sur ce sujet et ont donné une équation cinétique du gaz sur la base de la vitesse quadratique moyenne. Cette équation est utilisée pour dériver la vitesse quadratique moyenne et la densité des molécules de gaz. Vitesse moyenne de la racine carrée. Le gaz contient un grand nombre de molécules et chaque molécule a une vitesse particulière. La vitesse moyenne à racine carrée est la moyenne du carré de la vitesse de tous les gaz. On l'appelle également vitesse/vélocité quadratique moyenne. Nous pouvons le déduire de l'équation cinétique du gaz et des lois des gaz parfaits.

Voyons un exemple de la vitesse quadratique moyenne des gaz. D'après la formule de la moyenne quadratique, il est clair que cela dépend de la température et de la masse moléculaire, respectivement directement et inversement proportionnellement. En augmentant la masse moléculaire, la vitesse diminue et en augmentant la température, la vitesse augmente. Si la température du gaz est de 300 K et que le gaz est du dioxyde de carbone, sa vitesse quadratique moyenne est la suivante.

Diffusion. Il s’agit d’un mouvement moléculaire d’une concentration élevée vers une faible concentration. Cela se produit lorsque des molécules entrent en collision librement les unes avec les autres. Il aide au mouvement des molécules à l’intérieur et à l’extérieur des cellules. Le mouvement des molécules se produit de la région de concentration la plus élevée vers la région de concentration la plus faible. Cela se produit en aval du gradient de concentration.

Diffusion solide, liquide et gazeuseLa diffusion se produit dans les liquides et les gaz parce que les molécules se déplacent librement. La diffusion est très élevée dans les gaz car les molécules sont très éloignées les unes des autres. Dans les molécules liquides, le mouvement n'est pas si aléatoire, donc la diffusion est plus faible que dans les gaz mais plus élevée que dans les solides. Dans les solides, les molécules sont étroitement regroupées, de sorte qu'elles ne présentent pas de diffusion.

Discutons d’un exemple. Lorsque nous ajoutons un sachet de thé à une tasse d’eau chaude, il se diffuse dans l’eau et change de couleur. Cela se produit parce que les molécules liquides se déplacent librement. Lorsque nous pulvérisons du déodorant, il se diffuse dans l’air ambiant. Grâce à cela, nous pouvons sentir l’odeur. Cela se produit parce que les molécules de gaz se déplacent de manière aléatoire et ont un taux de diffusion élevé.

Taux de diffusionComme défini par la loi de Graham, le taux de diffusion auquel les molécules de gaz diffusent est inversement proportionnel à la racine carrée de sa masse molaire. Sa formule est la suivante. On l'appelle également la quantité de gaz traversant une zone par unité de temps. Plusieurs facteurs affectent le taux de diffusion, tels que la température, la masse moléculaire et le gradient de concentration.

Courbe de Maxwell Boltzmann. Les molécules d’un gaz se déplacent librement, mais elles ne se déplacent pas toutes à la même vitesse. Certaines molécules se déplacent très rapidement, d’autres à vitesse modérée et d’autres encore bougent à peine. C’est pourquoi nous ne pouvons pas simplement considérer la vitesse d’une seule molécule. Nous connaissons ainsi la distribution de la vitesse du gaz à une température spécifique.

James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann ont répondu à cette question à la fin des années 80. ceci montre la vitesse de distribution des molécules d'un gaz idéal. C'est ce qu'on appelle la distribution/courbe de Maxwell Boltzmann. Nous pouvons prédire grâce à cette courbe que si la courbe est plus haute dans une région particulière, davantage de molécules de gaz se déplacent à cette vitesse. L'aire sous la courbe donne le nombre de molécules par unité de vitesse.