موثر گیس کی رفتار

سیارے زمین کے ماحول میں کوئی مفت ہیلیم یا ہائیڈروجن گیس نہیں ہے۔ یہاں صرف نائٹروجن (78%)، آکسیجن (21%)، آرگن (0,90%)، کاربن ڈائی آکسائیڈ وغیرہ ہے۔ زہرہ کی فضا تقریباً مکمل طور پر کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO) پر مشتمل ہے۔₂)۔ مشتری کے ماحول میں بہت زیادہ مفت ہیلیم اور ہائیڈروجن موجود ہے۔ چاند کا ماحول نہیں ہے۔ ہر سیارے پر ماحول کی اقسام مختلف کیوں ہیں؟ زمین کے ماحول میں مفت ہیلیم اور ہائیڈروجن کیوں نہیں ہیں؟

جڑ کا مطلب مربع رفتار

جڑ کا مطلب مربع رفتار = جڑ کا مطلب مربع = v_RMS. ہم مساوات v اخذ کر سکتے ہیں۔_RMS درجہ حرارت اور حرکی توانائی کے ترجمے کی مساوات کو تبدیل کرکے۔

معلومات :

v _RMS = جڑ کا مطلب مربع رفتار یا رفتار (m/s)

k = بولٹزمین کا مستقل n (k = 1,38 x 10^،23،XNUMX J/K)

T = مطلق درجہ حرارت (K = Kelvin)

m = ماس (کلوگرام)

معلومات :

v rms = جڑ کا مطلب مربع رفتار یا رفتار (m/s)

R = یونیورسل گیس مستقل (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

NA = مالیکیولز کی تعداد فی مول = ایوگاڈرو کا نمبر (NA = 6,02 x 10²³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol)

T = درجہ حرارت (K)

M = مالیکیولر ماس = مولر ماس (کلوگرام/کلومیٹر یا گرام/مول)

اوپر اخذ کردہ v rms ایک گیس میں مالیکیولز کی اوسط رفتار ہے۔ کچھ مالیکیولز کی رفتار v rms سے زیادہ ہوتی ہے، جبکہ دوسروں کی رفتار v rms سے چھوٹی ہوتی ہے۔ 1859 میں، جیمز کلرک میکسویل (1831–1879) نے نظریاتی طور پر گیس میں سالماتی رفتار کی تقسیم کو دریافت کیا۔ میکسویل کی سالماتی رفتار کی تقسیم کائنےٹک تھیوری سے اخذ کی گئی تھی، اور اس لیے مثالی گیس کے مالیکیولز کے لیے زیادہ درست ہے۔ میکسویل کی سالماتی رفتار کی تقسیم ظاہر ہوتی ہے جیسا کہ نیچے گراف میں دکھایا گیا ہے۔

1920 میں، کئی سائنسدانوں نے حقیقی گیس کے مالیکیولز کی رفتار کی تقسیم کی تحقیقات کے لیے تجربات کیے تھے۔ یہ پتہ چلا کہ تجربات کے ذریعے پائے جانے والے گیس کے حقیقی مالیکیولز کی رفتار کی تقسیم بالکل میکسویل کے نتائج کے مطابق تھی۔

جب گیس کی کثافت کافی زیادہ ہوتی ہے، تجرباتی طور پر حقیقی گیس کے مالیکیولز کی رفتار کی تقسیم میکسویل کی طرف سے اخذ کردہ نظریاتی رفتار کی تقسیم سے میل نہیں کھاتی۔ اس طرح، نیوٹنین میکانکس کا استعمال کرتے ہوئے گیسوں کے متحرک نظریہ پر مبنی میکسویل کی تقسیم محدود ہے۔ اعلی کثافت پر گیس کے مالیکیولز کی تیز رفتار تقسیم کوانٹم اصولوں کے ذریعے سمجھائی جا سکتی ہے۔

تجربے کے ذریعے حاصل کردہ حقیقی گیس کے مالیکیولز کی شرح کی تقسیم نیچے دی گئی تصویر کی طرح دکھائی دیتی ہے۔

یہ اعداد و شمار دو مختلف درجہ حرارت کے لیے حقیقی گیس کے مالیکیولز کی رفتار کی تقسیم کو ظاہر کرتا ہے۔ اس تجربے کے ذریعے حاصل کردہ مالیکیولز کی رفتار کی تقسیم کا گراف اوپر کی v rms مساوات پر فٹ بیٹھتا ہے (v rms درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہے)۔ کیونکہ v rms درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہے، جب درجہ حرارت بڑھتا ہے (T₂)، مالیکیولر ریٹ ڈسٹری بیوشن وکر مزید دائیں طرف شفٹ ہو جاتا ہے (v rms بڑا ہو رہا ہے)۔ EA (ایکٹیویشن انرجی) کم از کم حرکی توانائی ہے جس کی ضرورت کیمیائی رد عمل کے لیے ہوتی ہے۔

اوپر کے گراف سے، یہ ظاہر ہوتا ہے کہ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، اتنے ہی مالیکیولز میں متحرک توانائی (EA) سے زیادہ حرکی توانائی ہوتی ہے۔ یہی وجہ ہے کہ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، کیمیائی رد عمل بھی اتنا ہی تیز ہوگا۔ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، مالیکیولز کی حرکی توانائی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ کیونکہ مالیکیولز میں زیادہ حرکی توانائی ہوتی ہے، جب وہ آپس میں ٹکراتے ہیں تو وہ آپس میں چپک سکتے ہیں۔

مثال سوال 1:

نائٹروجن مالیکیول کے rms v کا تعین کریں (N₂) 20 کے درجہ حرارت پر ہوا میں ^oC (نائٹروجن مالیکیولر ماس = 28 گرام/مول = 28 کلوگرام/کلومیٹر)

بحث

k = 1,38 x 10^،23،XNUMX J/K = 1,38 x 10^،23،XNUMX (کلو میٹر² /s² )/K

ٹی = 20 ^oC + 273 = 293 K

مولر ماس یا مالیکیولر ماس N₂ (M) = 2 x 14 u = 2 x 14 gram/mol = 28 گرام/mol = 28 kg/kmol (ایٹم کمس N = 14 u. عناصر کی متواتر جدول دیکھیں)

مالیکیولز کی تعداد/مول = ایوگاڈرو کا نمبر (NA) = 6,02 x 10²³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol

نائٹروجن کا ماس (m) =؟

نائٹروجن rms کی شرح (v rms) = ?

 

مثال سوال 2:

20 کے درجہ حرارت پر ہوا میں ہیلیم (He) کے vrms کا تعین کریں۔ ^oسی…. (ہیلیم مالیکیولر ماس = 4 گرام/مول = 4 کلوگرام/کلومیٹر)

بحث

k = 1,38 x 10^،23،XNUMX جے/کے

ٹی = 20 ^oC + 273 = 293 K

Molar mass/Molecular mass of He (M) = 4 u = 4 گرام/mol = 4 kg/kmol (He = 4 u کا جوہری ماس. عناصر کی متواتر جدول دیکھیں)

مالیکیولز کی تعداد/مول = ایوگاڈرو کا نمبر (NA) = 6,02 x 10²³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol

ماس He (m) = ?

RMS کی شرح He (v rms) = ?

مثال سوال 3:

ہائیڈروجن کے rms v کا تعین کریں (H₂) 20 کے درجہ حرارت پر ہوا میں ^oسی…. (ہائیڈروجن مالیکیولر ماس = 2 گرام/مول = 4 کلوگرام/کلومیٹر)

بحث

k = 1,38 x 10^،23،XNUMX جے/کے

ٹی = 20 ^oC + 273 = 293 K

ہائیڈروجن کا مولر ماس/M مالیکیولر ماس (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 گرام/mol = 2 kg/kmol (ایٹمک ماس H = 1 u. عناصر کی متواتر جدول دیکھیں)

مالیکیولز کی تعداد/مول = ایوگاڈرو کا نمبر (NA) = 6,02 x 102³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol

ماس ایچ₂ (m) = ؟

RMS کی شرح H₂ (v rms) = ?

مثال سوال 4:

مالیکیولر آکسیجن کی rms شرح کا تعین کریں (O₂) 20 کے درجہ حرارت پر ہوا میں ^oC. (O کا مالیکیولر ماس₂ = 32 گرام/مول = 44 کلوگرام/کلومیٹر)

بحث

k = 1,38 x 10 ^،23،XNUMX جے/کے

ٹی = 20 ^oC + 273 = 293 K

مولر ماس/آکسیجن کا مالیکیولر ماس (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 گرام/mol = 32 kg/kmol (ایٹمک ماس O = 16 u. عناصر کی متواتر جدول دیکھیں)

مالیکیولز کی تعداد/مول = ایوگاڈرو کا نمبر (NA) = 6,02 x 10²³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol

ماس او₂ (m) = ؟

RMS کی شرح H₂ (v rms) = ?

مثال سوال 5:

کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO) مالیکیولز کی rms شرح کا تعین کریں۔₂) 20 کے درجہ حرارت پر ہوا میں ^oC. (CO کا مالیکیولر ماس₂ = 44 گرام/مول = 44 کلوگرام/کلومیٹر)

بحث

k = 1,38 x 10^،23،XNUMX J/K = 1,38 x 10^،23،XNUMX (کلو میٹر² /s² )/K

ٹی = 30 ^oC + 273 = 293 K

مولر ماس/مولیکیولر ماس آف CO₂ (M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 gram/mol = 44 kg/kmol (C = 12 u کا جوہری ماس، O = 16 u کا جوہری وزن۔ عناصر کی متواتر جدول دیکھیں)

مالیکیولز کی تعداد/مول = ایوگاڈرو کا نمبر (N_A) = 6,02 x 10²³ /mol = 6,02 x 10²⁶ /kmol

CO کا ماس₂ (m) = ؟

CO rms کی شرح₂ (v rms) = ?

کچھ قسم کی گیس کے v rms

اب آئیے کئی اقسام کی گیسوں کے rms v کا موازنہ کریں:

v rms ہائیڈروجن (H₂) = 1917 m/s = 1,92 km/s (20 درجہ حرارت پر ^oC)

v rms ہیلیم (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (20 درجہ حرارت پر ^oC)

v rms نائٹروجن (N₂) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (20 درجہ حرارت پر ^oC)

v rms آکسیجن (O₂) = 478,4 m/s = 0,48 km/s (20 درجہ حرارت پر ^oC)

v rms کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO₂) = 407,6 m/s = 0,41 km/s (20 درجہ حرارت پر ^oC)

سب سے زیادہ rms رفتار والی گیس ہائیڈروجن ہے، اور سب سے کم کاربن ڈائی آکسائیڈ ہے۔ اب اس کا موازنہ زمین کی سطح پر فرار کی رفتار سے کریں (بچنے کی رفتار = 11,2 کلومیٹر فی سیکنڈ)۔ فرار کی رفتار زمین کے کشش ثقل کے میدان سے بچنے کے لیے کسی چیز کے لیے درکار کم از کم رفتار ہے۔

اگر گیس کے مالیکیولز کی vrms فرار کی رفتار سے صرف 1/6 گنا ہے (1/6 x 11,2 km/s = 1,86 km/s)، تو گیس کے بہت سارے مالیکیولز ہیں جن کی رفتار فرار کی رفتار سے زیادہ ہے (یاد رکھیں سالماتی رفتار کی تقسیم اوپر بیان کی گئی ہے)۔ 20 کے درجہ حرارت پر ^oC، ہائیڈروجن گیس کے v rms = 1,92 کلومیٹر/s (> 1,86 کلومیٹر/s)۔ جب کہ 20 کے درجہ حرارت پر ہیلیم گیس کے v rms ^oC = 1,36 کلومیٹر فی گھنٹہ (1,86 کلومیٹر فی سیکنڈ کے قریب)۔ یہ 20 کے درجہ حرارت پر ہے۔ ^oC.

درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، rms کی قدر اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ rms کی قدر جتنی زیادہ ہوگی، زمین کے کشش ثقل کے میدان سے فرار ہونے کا امکان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ یہی وجہ ہے کہ آزاد ہیلیم اور ہائیڈروجن زمین کے ماحول سے غائب ہیں۔

سیارے کے فرار کی رفتار کی شدت اور گیس کے مالیکیولز کی rms رفتار کسی سیارے یا سیٹلائٹ کے ماحول کی قسم کا تعین کرتی ہے۔ سیارے زہرہ کے فرار کی رفتار = 10,3 کلومیٹر فی سیکنڈ۔ v rms CO₂ اتنا چھوٹا ہے کہ اس کے لیے زہرہ کے ماحول سے بچنا مشکل ہے۔ دریں اثنا، مشتری کے فرار کی رفتار 60 کلومیٹر فی سیکنڈ ہے، جو مشتری کے بڑے قطر کی وجہ سے کافی زیادہ ہے۔ اس لیے، ہائیڈروجن اور ہیلیم مشتری کی کشش ثقل کے میدان سے نہیں بچ سکتے۔