Yn 'e atmosfear fan planeet Ierde is gjin frij helium en wetterstofgas. Der is allinnich stikstof (78%), soerstof (21%), argon (0,90%), koalstofdiokside, ensfh. De atmosfear fan Venus bestiet hast hielendal út koalstofdiokside (CO2 ) . De atmosfear fan Jupiter hat in soad frij helium en wetterstof. De moanne hat gjin atmosfear. Wêrom is it type atmosfear fan elke planeet oars? Wêrom is der gjin frij helium en wetterstof yn 'e atmosfear fan 'e ierde?
Woartel gemiddelde kwadraatsnelheid
Woartel gemiddelde kwadraatsnelheid = woartel gemiddelde kwadraat = v rms . Wy kinne de v rms -fergeliking ôfliede troch de temperatuer- en kinetyske enerzjyfergelikingen te feroarjen yn translasjonele.
Ynformaasje:
v rms = woartelgemiddelde kwadraatsnelheid of snelheid (m/s)
k = Boltzman-konstante n (k = 1,38 x 10-23 J/K)
T = Absolute temperatuer (K = Kelvin)
m = massa (kg)
Ynformaasje:
v rms = woartelgemiddelde kwadraatsnelheid of snelheid (m/s)
R = Universele gaskonstante (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
NA = Oantal molekulen per mol = Avogadro's getal (NA = 6,02 x 1023 / mol = 6,02 x 1026 /kmol)
T = temperatuer (K)
M = molekulêre massa = molêre massa (kg/kmol of gram/mol)
De hjirboppe ôflaatte v rms is de gemiddelde snelheid fan molekulen yn in gas. Guon molekulen hawwe snelheden grutter as v rms, wylst oaren snelheden lytser hawwe as v rms. Yn 1859 ûntduts James Clerk Maxwell (1831–1879) teoretysk de ferdieling fan molekulêre snelheden yn in gas. De molekulêre snelheidsferdieling fan Maxwell waard ôflaat fan 'e kinetyske teory, en is dêrom krekter foar ideale gasmolekulen. De molekulêre snelheidsferdieling fan Maxwell ferskynt lykas werjûn yn 'e ûndersteande grafyk.
Yn 1920 fierden ferskate wittenskippers eksperiminten út om de snelheidsferdieling fan echte gasmolekulen te ûndersykjen. It die bliken dat de snelheidsferdieling fan echte gasmolekulen dy't troch de eksperiminten fûn waarden presys itselde wie as de befiningen fan Maxwell.
As de gasdichtheid heech genôch is, komt de eksperiminteel krigen snelheidsferdieling fan echte gasmolekulen net oerien mei de teoretyske snelheidsferdieling ôflaat troch Maxwell. Sa is de ferdieling fan Maxwell, basearre op 'e kinetyske teory fan gassen mei help fan Newtoniaanske meganika, beheind. De snelheidsferdieling fan gasmolekulen by hege tichtheden kin ferklearre wurde troch kwantumprinsipes.
De ferdieling fan 'e taryf fan echte gasmolekulen dy't troch it eksperimint krigen binne, sjocht derút as de ûndersteande figuer.
Dizze figuer lit de ferdieling fan 'e snelheid fan echte gasmolekulen sjen foar twa ferskillende temperatueren. De grafyk fan 'e ferdieling fan 'e snelheid fan molekulen dy't troch dit eksperimint krigen is, past by de v rms-fergeliking hjirboppe (v rms is direkt evenredich mei de temperatuer). Omdat v rms direkt evenredich is mei de temperatuer, as de temperatuer tanimt (T2), ferskowt de molekulêre taryfferdielingskromme fierder nei rjochts (v rms wurdt grutter). EA (aktivaasje-enerzjy) is de minimale kinetyske enerzjy dy't nedich is foar in gemyske reaksje.
Ut de grafyk hjirboppe docht bliken dat hoe heger de temperatuer, hoe mear molekulen in gruttere kinetyske enerzjy hawwe as de aktivearringsenerzjy (EA). Dêrom is de gemyske reaksje rapper, hoe heger de temperatuer. Hoe heger de temperatuer, hoe grutter de kinetyske enerzjy fan 'e molekulen. Omdat de molekulen in hege kinetyske enerzjy hawwe, kinne se oan elkoar plakke as se botsje.
Foarbyldfraach 1:
Bepale de rms v fan in stikstofmolekule (N2 ) yn loft by in temperatuer fan 20 ° C (molekulêre massa fan stikstof = 28 gram/mol = 28 kg/kmol)
Diskusje
k = 1,38 x 10-23 J/K = 1,38 x 10-23 (kg m² / s² ) /K
T = 20 ° C + 273 = 293 K
Molêre massa of molekulêre massa fan N2 ( M) = 2 x 14 u = 2 x 14 gram/mol = 28 gram/mol = 28 kg/kmol (atoommassa fan N = 14 u. sjoch periodyk systeem fan eleminten)
Oantal molekulen/mol = Avogadro's getal (NA) = 6,02 x 10²23 / mol = 6,02 x 10²26 /kmol
Massa fan stikstof (m) = ?
Stikstof rms taryf (v rms) = ?
Foarbyldfraach 2:
Bepale de rms v fan Helium (He) yn loft by in temperatuer fan 20 ° C…. (molekulêre massa fan Helium = 4 gram/mol = 4 kg/kmol)
Diskusje
k = 1,38 x 10-23 J/K
T = 20 ° C + 273 = 293 K
Molêre massa/Molekulêre massa fan He (M) = 4 u = 4 gram/mol = 4 kg/kmol (atoommassa fan He = 4 u. sjoch periodyk systeem fan eleminten)
Oantal molekulen/mol = Avogadro's getal (NA) = 6,02 x 10²23 / mol = 6,02 x 10²26 /kmol
Massa He (m) = ?
RMS-taryf He (v rms) = ?
Foarbyldfraach 3:
Bepale de rms v fan wetterstof (H2 ) yn loft by in temperatuer fan 20 ° C…. (molekulêre massa fan wetterstof = 2 gram/mol = 4 kg/kmol)
Diskusje
k = 1,38 x 10-23 J/K
T = 20 ° C + 273 = 293 K
Molêre massa/M molekulêre massa fan wetterstof (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 gram/mol = 2 kg/kmol (atoommassa fan H = 1 u. sjoch periodyk systeem fan eleminten)
Oantal molekulen/mol = Avogadro's getal (NA) = 6,02 x 1023 / mol = 6,02 x 1026 /kmol
Massa fan H₂ ( m) = ?
RMS-taryf fan H₂ ( v rms) = ?
Foarbyldfraach 4:
Bepale de rms-snelheid fan soerstofmolekulen (O2 ) yn loft by in temperatuer fan 20 ° C. (molekulêre massa fan O2 = 32 gram/mol = 44 kg/kmol)
Diskusje
k = 1,38 x 10-23 J/K
T = 20 ° C + 273 = 293 K
Molêre massa/Molekulêre massa fan soerstof (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 gram/mol = 32 kg/kmol (atoommassa O = 16 u. sjoch periodyk systeem fan eleminten)
Oantal molekulen/mol = Avogadro's getal (NA) = 6,02 x 10²23 / mol = 6,02 x 10²26 /kmol
Massa fan O2 ( m) = ?
RMS-taryf fan H₂ ( v rms) = ?
Foarbyldfraach 5:
Bepale de rms-snelheid fan koalstofdiokside ( CO2 ) -molekulen yn loft by in temperatuer fan 20 ° C. (molekulêre massa fan CO2 = 44 gram/mol = 44 kg/kmol)
Diskusje
k = 1,38 x 10-23 J/K = 1,38 x 10-23 (kg m² / s² ) /K
T = 30 ° C + 273 = 293 K
Molêre massa/Molekulêre massa fan CO2 ( M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 gram/mol = 44 kg/kmol (atoommassa C = 12 u, atoommassa O = 16 u. Sjoch it periodyk systeem fan eleminten)
Oantal molekulen/mol = Avogadro's getal (NA ) = 6,02 x 10²23 /mol = 6,02 x 10²26 /kmol
Massa fan CO2 ( m) = ?
CO2 rms taryf (v rms) = ?
v rms fan guon soarten gas
Litte wy no de rms v fan ferskate soarten gassen fergelykje:
v rms Wetterstof (H2 ) = 1917 m/s = 1,92 km/s (by 20 ° C)
v rms Helium (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (by in temperatuer fan 20 o C)
v rms Stikstof (N2 ) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (by in temperatuer fan 20 ° C)
v rms Soerstof (O2 ) = 478,4 m/s = 0,48 km/s (by in temperatuer fan 20 ° C)
v rms koalstofdiokside (CO2 ) = 407,6 m/s = 0,41 km/s (by in temperatuer fan 20 ° C)
It gas mei de heechste rms-snelheid is wetterstof, en it leechste is koalstofdiokside. Fergelykje dit no mei de ûntsnappingssnelheid oan it ierdoerflak (ûntsnappingssnelheid = 11,2 km/s). Untsnappingssnelheid is de minimale snelheid dy't in objekt nedich hat om te ûntkommen oan it swiertekrêftfjild fan 'e ierde.
As de v rms fan gasmolekulen mar 1/6 kear de ûntsnappingssnelheid is (1/6 x 11,2 km/s = 1,86 km/s), dan binne der in soad gasmolekulen waans snelheid grutter is as de ûntsnappingssnelheid (tink oan de ferdieling fan molekulêre snelheden dy't hjirboppe útlein is). By in temperatuer fan 20 o C is v rms Wetterstofgas = 1,92 km/s (> 1,86 km/s). Underwilens is v rms fan heliumgas by in temperatuer fan 20 o C = 1,36 km/oere (tichtby 1,86 km/s). Dit is by in temperatuer fan 20 o C.
Hoe heger de temperatuer, hoe heger de rms-wearde. Hoe heger de rms-wearde, hoe grutter de kâns om te ûntkommen oan it swiertekrêftfjild fan 'e ierde. Dit is de reden wêrom't frij helium en wetterstof net oanwêzich binne yn 'e atmosfear fan 'e ierde.
De grutte fan 'e ûntsnappingssnelheid fan in planeet en de rms-snelheid fan gasmolekulen bepale it type atmosfear dat in planeet of satellyt hat. De ûntsnappingssnelheid fan Venus is 10,3 km/s. De rms-snelheid fan CO2 is sa lyts dat it foar it lestich is om út 'e atmosfear fan Venus te ûntkommen. Underwilens is de ûntsnappingssnelheid fan Jupiter 60 km/s, wat frij grut is fanwegen de grutte diameter fan Jupiter. Dêrom kinne wetterstof en helium net ûntkomme oan it swiertekrêftfjild fan Jupiter.
