आणविक गतिज सिद्धांत के साथ वास्तविक गैसों के व्यवहार का वर्णन करना

गतिज आणविक सिद्धांत द्वारा आदर्श गैस की धारणा। गतिज आणविक सिद्धांत की प्रमुख उपयोगिता गैसों को समझना और उनके व्यवहार की भविष्यवाणी करना है। यह आदर्श गैसों के सूक्ष्म व्यवहार को अन्य गैसों के स्थूल गुणों से जोड़ने में मदद करता है। आदर्श गैस के लिए गतिज आणविक सिद्धांत का उपयोग करते समय पाँच धारणाएँ बनाई गईंगैसों में कई अणु निरंतर, यादृच्छिक और रैखिक गति में रहते हैं। इसका अर्थ यह है कि गैसों के अणु रैखिक गति में स्वतंत्र रूप से घूमते हैं तथा उनकी गति स्थिर रहती है तथा बदलती नहीं है।

गैस के कुल आयतन की तुलना में सभी अणुओं का आयतन लगभग नगण्य होता है। चूँकि गैस के अणु एक दूसरे से बहुत दूर होते हैं, इसलिए उनका सारा आयतन उनके द्वारा घेरे गए स्थान का आयतन होता है। व्यक्तिगत रूप से उनकी मात्रा नगण्य हैचूँकि अणु एक दूसरे से बहुत दूर होते हैं, इसलिए गैस में अंतर-आणविक बल नगण्य होते हैं। अणुओं के बीच कोई आकर्षण न होने के कारण वे अनियमित एवं स्वतंत्र रूप से घूमते हैं।

गैस के अणुओं के बीच टकराव प्रत्यास्थ होता है। इसका अर्थ यह है कि स्थिर तापमान पर गैस के अणुओं की गतिज ऊर्जा समान रहती है। लेकिन तापमान में परिवर्तन होने पर यह बात लागू नहीं होतीकिसी भी तापमान पर, सभी गैस अणुओं की गतिज ऊर्जा संतुलन में समान होती है। इसका अर्थ यह है कि गैस अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा तापमान या परम तापमान के समानुपाती होती है।

आणविक गतिज समीकरण। गतिज आणविक सिद्धांत पदार्थ की अवस्था के बारे में बताता है और इस अवधारणा पर निर्भर करता है कि पदार्थ छोटे कणों से बना है। ये कण स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। गतिज आणविक गैस समीकरण और सिद्धांत 1738 में बर्नौली द्वारा विकसित किये गए थे। क्योंकि गैसों के अणु बहुत स्वतंत्रतापूर्वक घूमते हैं और उन्हें एक साथ बांधने के लिए आकर्षण बल उपलब्ध नहीं होता।

इसके अलावा, उन्नीसवीं सदी में जूल, क्रोनिग, क्लॉसियस, बोल्ट्ज़मैन और मैक्सवेल ने इस पर काम किया और मूल-माध्य-वर्ग गति के आधार पर एक गतिज गैस समीकरण दिया। इस समीकरण का उपयोग गैस अणुओं की वर्ग माध्य मूल गति और घनत्व निकालने के लिए किया जाता है। माध्य वर्गमूल गति। गैस में बड़ी संख्या में अणु होते हैं और प्रत्येक अणु की एक विशेष गति होती है। माध्य वर्गमूल गति सभी गैसों की गति के वर्ग का औसत है। इसे मूल-माध्य-वर्ग गति/वेग के नाम से भी जाना जाता है। हम इसे गतिज गैस समीकरण और आदर्श गैस नियमों से प्राप्त कर सकते हैं।

आइये गैसों की वर्ग-माध्य मूल गति का एक उदाहरण देखें। मूल-माध्य-वर्ग सूत्र से यह स्पष्ट है कि यह तापमान और आणविक द्रव्यमान पर क्रमशः सीधे और व्युत्क्रमानुपाती रूप से निर्भर करता है। अणु द्रव्यमान बढ़ने से गति कम हो जाती है तथा तापमान बढ़ने से गति बढ़ जाती है। यदि गैस का तापमान 300K है और गैस कार्बन डाइऑक्साइड है तो इसकी वर्ग-माध्य मूल गति इस प्रकार होगी।

प्रसार। यह उच्च सांद्रता से निम्न सांद्रता की ओर आणविक गति है। ऐसा तब होता है जब अणु एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से टकराते हैं। यह कोशिकाओं के अंदर और बाहर अणुओं की आवाजाही में मदद करता है। अणुओं की गति उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर होती है। यह सांद्रता प्रवणता के नीचे की ओर घटित होता है।

ठोस, द्रव और गैस प्रसारद्रवों और गैसों में विसरण इसलिए होता है क्योंकि अणु स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। गैसों में विसरण बहुत अधिक होता है क्योंकि अणु एक दूसरे से बहुत दूर होते हैं। तरल पदार्थों के अणुओं में गति इतनी यादृच्छिक नहीं होती, इसलिए प्रसार गैसों की तुलना में कम होता है, लेकिन ठोसों की तुलना में अधिक होता है। ठोस पदार्थों में अणु एक दूसरे से कसकर पैक होते हैं, इसलिए अणु विसरण प्रदर्शित नहीं करते।

आइये एक उदाहरण पर चर्चा करें। जब हम एक चाय की थैली को गर्म पानी में डालते हैं तो वह पानी में फैल जाती है और उसका रंग बदल जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि द्रव अणु स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। जब हम डिओडोरेंट का छिड़काव करते हैं तो वह कमरे की हवा में फैल जाता है। इसी कारण हम गंध को महसूस कर सकते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि गैस के अणु अनियमित रूप से घूमते हैं तथा उनकी प्रसार दर बहुत अधिक होती है।

प्रसार दरग्राहम के प्रसार नियम के अनुसार गैस अणुओं के विसरित होने की दर उसके मोलर द्रव्यमान के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इसका सूत्र इस प्रकार है। इसे समय की एक क्षेत्र इकाई से गुजरने वाली गैस की मात्रा के रूप में भी जाना जाता है। तापमान, आणविक द्रव्यमान और सांद्रता प्रवणता जैसे कई कारक प्रसार दर को प्रभावित करते हैं।

मैक्सवेल बोल्ट्ज़मान वक्र। गैस में अणु स्वतंत्र रूप से घूमते हैं लेकिन सभी समान गति से नहीं घूमते। कुछ अणु बहुत तेजी से चलते हैं, कुछ मध्यम गति से चलते हैं, और कुछ मुश्किल से चलते हैं। इसीलिए हम केवल एक अणु की गति पर विचार नहीं कर सकते। इस प्रकार हमें एक विशिष्ट तापमान पर गैस की गति के वितरण के बारे में पता चलता है।

जेम्स क्लर्क मैक्सवेल और लुडविग बोल्ट्ज़मैन ने अस्सी के दशक के अंत में इस प्रश्न का उत्तर दिया। यह आदर्श गैस के अणुओं के वितरण की गति को दर्शाता है। इसे मैक्सवेल बोल्ट्ज़मान वितरण/वक्र कहा जाता है। इस वक्र के आधार पर हम यह अनुमान लगा सकते हैं कि यदि किसी विशेष क्षेत्र में वक्र अधिक ऊंचा है, तो अधिक गैस अणु उस गति से गति कर रहे हैं। वक्र के नीचे का क्षेत्र प्रति इकाई गति पर अणुओं की संख्या बताता है।