Жер планетасынын атмосферасында эркин гелий жана суутек газы жок. Азот (78%), кычкылтек (21%), аргон (0,90%), көмүр кычкыл газы ж.б. гана бар. Венеранын атмосферасы дээрлик толугу менен көмүр кычкыл газынан (CO2) турат . Юпитердин атмосферасында эркин гелий жана суутек көп. Айда атмосфера жок. Эмне үчүн ар бир планетанын атмосферасынын түрү ар башка? Эмне үчүн Жердин атмосферасында эркин гелий жана суутек жок?
Орточо квадраттык ылдамдыктын тамыры
Орточо квадраттык ылдамдык = орточо квадраттык тамыр = v rms . Температура жана кинетикалык энергия теңдемелерин трансляциялык теңдемелерге өзгөртүү менен v rms теңдемесин чыгара алабыз .
Маалымат:
v rms = орточо квадраттык ылдамдык же ылдамдык (м/с)
k = Больцман константасы n (k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К)
T = Абсолюттук температура (K = Кельвин)
м = масса (кг)
Маалымат:
v rms = орточо квадраттык ылдамдык же ылдамдык (м/с)
R = Универсалдуу газ туруктуусу (R = 8,315 Дж/моль.К = 8315 кДж/кмоль.К)
NA = Бир молдогу молекулалардын саны = Авогадро саны (NA = 6,02 x 1023 / моль = 6,02 x 1026 /кмоль)
T = температура (K)
M = молекулярдык масса = молярдык масса (кг/кмоль же грамм/моль)
Жогоруда алынган v rms газдагы молекулалардын орточо ылдамдыгы. Айрым молекулалардын ылдамдыгы v rmsдон чоң, ал эми башкаларынын ылдамдыгы v rmsдон кичине. 1859-жылы Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) газдагы молекулярдык ылдамдыктардын бөлүштүрүлүшүн теориялык жактан ачкан. Максвеллдин молекулярдык ылдамдык бөлүштүрүлүшү кинетикалык теориядан алынган жана ошондуктан идеалдуу газ молекулалары үчүн такыраак. Максвеллдин молекулярдык ылдамдык бөлүштүрүлүшү төмөндөгү графикте көрсөтүлгөндөй көрүнөт.
1920-жылы бир нече окумуштуулар реалдуу газ молекулаларынын ылдамдык бөлүштүрүлүшүн изилдөө үчүн эксперименттерди жүргүзүшкөн. Эксперименттердин натыйжасында табылган реалдуу газ молекулаларынын ылдамдык бөлүштүрүлүшү Максвеллдин ачылыштары менен дал келгени белгилүү болду.
Газдын тыгыздыгы жетиштүү жогору болгондо, реалдуу газ молекулаларынын эксперименталдык жол менен алынган ылдамдык бөлүштүрүлүшү Максвелл тарабынан алынган теориялык ылдамдык бөлүштүрүлүшүнө дал келбейт. Ошентип, Ньютон механикасын колдонуу менен газдардын кинетикалык теориясына негизделген Максвеллдин бөлүштүрүлүшү чектелүү. Жогорку тыгыздыктагы газ молекулаларынын ылдамдык бөлүштүрүлүшүн кванттык принциптер менен түшүндүрүүгө болот.
Эксперимент аркылуу алынган реалдуу газ молекулаларынын ылдамдыгынын бөлүштүрүлүшү төмөнкү сүрөттөгүдөй көрүнөт.
Бул сүрөттө эки башка температура үчүн реалдуу газ молекулаларынын ылдамдыгынын бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн. Бул эксперимент аркылуу алынган молекулалардын ылдамдыгынын бөлүштүрүлүшүнүн графиги жогорудагы v rms теңдемесине туура келет (v rms температурага түз пропорционалдуу). Анткени v rms температурага түз пропорционалдуу, температура жогорулаганда (T2), молекулярдык ылдамдыктын бөлүштүрүү ийри сызыгы андан ары оңго жылышат (v rms чоңоюп баратат). EA (активдешүү энергиясы) - бул химиялык реакциянын жүрүшү үчүн талап кылынган минималдуу кинетикалык энергия.
Жогорудагы графиктен көрүнүп тургандай, температура канчалык жогору болсо, молекулалардын кинетикалык энергиясы активдешүү энергиясынан (ЭЭ) ошончолук көп болот. Мына ошондуктан температура канчалык жогору болсо, химиялык реакция ошончолук тез жүрөт. Температура канчалык жогору болсо, молекулалардын кинетикалык энергиясы ошончолук чоң болот. Молекулалардын кинетикалык энергиясы жогору болгондуктан, алар кагылышканда бири-бирине жабышып калышат.
1-мисал суроо:
20 ° C температурадагы абадагы азот молекуласынын (N2) орточо квадраттык маанисин (rms v) аныктагыла ( азоттун молекулярдык массасы = 28 грамм/моль = 28 кг/кмоль)
Талкуу
k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К = 1,38 x 10 ‐23 (кг м² / с² ) /К
Т = 20 ° C + 273 = 293 К
Молярдык масса же N2 (M) молекулярдык массасы = 2 x 14 u = 2 x 14 грамм/моль = 28 грамм/моль = 28 кг/кмоль (N2 атомдук массасы = 14 u. элементтердин мезгилдик таблицасын караңыз)
Молекулалардын саны/моль = Авогадро саны (NA) = 6,02 x 1023 / моль = 6,02 x 1026 /кмоль
Азоттун массасы (м) = ?
Азоттун орточо квадраттык маанисинин ылдамдыгы (v орточо квадраттык мааниси) = ?
2-мисал суроо:
20 o C… температурадагы абадагы гелийдин (He) орточо квадраттык маанисин аныктагыла . (Гелийдин молекулярдык массасы = 4 грамм/моль = 4 кг/кмоль)
Талкуу
k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К
Т = 20 ° C + 273 = 293 К
Heнин молярдык массасы/молекулярдык массасы (M) = 4 u = 4 грамм/моль = 4 кг/кмоль (Heнин атомдук массасы = 4 u. элементтердин мезгилдик таблицасын караңыз)
Молекулалардын саны/моль = Авогадро саны (NA) = 6,02 x 1023 / моль = 6,02 x 1026 /кмоль
Массасы He (м) = ?
RMS ылдамдыгы He (v rms) = ?
3-мисал суроо:
20 o C температурадагы абадагы суутектин (H2) орточо квадраттык маанисин (орточо квадраттык мааниге v) аныктагыла … . (суутектин молекулярдык массасы = 2 грамм/моль = 4 кг/кмоль)
Талкуу
k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К
Т = 20 ° C + 273 = 293 К
Суутектин молярдык массасы/M молекулярдык массасы (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 грамм/моль = 2 кг/кмоль (H атомдук массасы = 1 u. элементтердин мезгилдик таблицасын караңыз)
Молекулалардын саны/моль = Авогадро саны (NA) = 6,02 x 102 3 /моль = 6,02 x 10 26 /кмоль
H2 массасы (м) = ?
H2 үчүн RMS ылдамдыгы (v rms) = ?
4-мисал суроо:
20 o C температурадагы абадагы кычкылтек молекулаларынын (O2) орточо квадраттык ылдамдыгын аныктагыла. ( O2 молекулярдык массасы = 32 грамм/моль = 44 кг/кмоль)
Талкуу
k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К
Т = 20 ° C + 273 = 293 К
Кычкылтектин молярдык массасы/Молярдык массасы (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 грамм/моль = 32 кг/кмоль (атомдук масса O = 16 u. элементтердин мезгилдик таблицасын караңыз)
Молекулалардын саны/моль = Авогадро саны (NA) = 6,02 x 1023 / моль = 6,02 x 1026 /кмоль
О2 массасы (м) = ?
H2 үчүн RMS ылдамдыгы (v rms) = ?
5-мисал суроо:
20 o C температурадагы абадагы көмүр кычкыл газынын ( CO2 ) молекулаларынын орточо квадраттык ылдамдыгын аныктаңыз. ( CO2 молекулярдык массасы = 44 грамм/моль = 44 кг/кмоль)
Талкуу
k = 1,38 x 10 ‐23 Дж/К = 1,38 x 10 ‐23 (кг м² / с² ) /К
Т = 30 ° C + 273 = 293 К
Молярдык масса/ CO2 молекулярдык массасы (M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 грамм/моль = 44 кг/кмоль (атомдук масса C = 12 u, атомдук масса O = 16 u. Элементтердин мезгилдик таблицасын караңыз)
Молекулалардын саны/моль = Авогадро саны (NA ) = 6,02 x 1023 /моль = 6,02 x 1026 /кмоль
СО2 массасы (м) = ?
CO2 орточо квадраттык токтун ылдамдыгы (v орточо квадраттык токтун ) = ?
кээ бир газ түрлөрүнүн v rms
Эми бир нече түрдөгү газдардын орточо квадраттык маанилерин (rms v) салыштырып көрөлү:
v орточо квадраттык маани Суутек (H2 ) = 1917 м/с = 1,92 км/с (20 o C температурада )
v орточо квадраттык маани Гелий (He) = 1355,7 м/с = 1,36 км/с (20 o C температурада )
v орточо квадраттык маанилер Азот (N2 ) = 510,75 м/с = 0,51 км/с (20 ° C температурада )
v орточо квадраттык маани Кычкылтек (O2 ) = 478,4 м/с = 0,48 км/с (20 o C температурада )
v орточо көрсөткүч көмүр кычкыл газы (CO2 ) = 407,6 м/с = 0,41 км/с (20 ° C температурада )
Эң жогорку орточо квадраттык ылдамдыкка ээ газ - суутек, ал эми эң төмөнкүсү - көмүр кычкыл газы. Эми муну Жер бетиндеги качуу ылдамдыгы менен салыштырыңыз (качуу ылдамдыгы = 11,2 км/с). Качуу ылдамдыгы - бул объекттин Жердин тартылуу талаасынан чыгып кетиши үчүн талап кылынган минималдуу ылдамдык.
Эгерде газ молекулаларынын v rms качуу ылдамдыгынын 1/6 эсесине гана барабар болсо (1/6 x 11,2 км/с = 1,86 км/с), анда ылдамдыгы качуу ылдамдыгынан чоң болгон газ молекулалары бир топ көп (жогоруда түшүндүрүлгөн молекулярдык ылдамдыктардын бөлүштүрүлүшүн эстеңиз). 20 ° C температурада, v rms Суутек газы = 1,92 км/с (> 1,86 км/с). Ошол эле учурда, 20 ° C температурадагы гелий газынын v rms = 1,36 км/саат (1,86 км/с жакын). Бул 20 ° C температурада.
Температура канчалык жогору болсо, орточо квадраттык маани ошончолук жогору болот. орточо квадраттык маани канчалык жогору болсо, Жердин тартылуу талаасынан чыгып кетүү мүмкүнчүлүгү ошончолук жогору болот. Жердин атмосферасында эркин гелий менен суутектин жоктугунун себеби ушунда.
Планетанын качуу ылдамдыгынын чоңдугу жана газ молекулаларынын орточо квадраттык ылдамдыгы планетанын же спутниктин атмосферасынын түрүн аныктайт. Венеранын качуу ылдамдыгы 10,3 км/с. СО2нин орточо квадраттык ылдамдыгы ушунчалык кичинекей болгондуктан , анын Венеранын атмосферасынан чыгып кетиши кыйын. Ошол эле учурда, Юпитердин качуу ылдамдыгы 60 км/с, бул Юпитердин чоң диаметринен улам абдан чоң. Ошондуктан, суутек жана гелий Юпитердин тартылуу талаасынан чыга алышпайт.
