Nínú afẹ́fẹ́ ayé, kò sí helium àti hydrogen gáàsì ọ̀fẹ́. Nítrójìn (78%), oxygen (21%), argon (0,90%), carbon dioxide, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ nìkan ló wà. Afẹ́fẹ́ ayé Venus fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ carbon dioxide pátápátá (CO2 ) . Afẹ́fẹ́ ayé Jupiter ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ helium ọ̀fẹ́ àti hydrogen. Òṣùpá kò ní afẹ́fẹ́ ọ̀fẹ́. Kí ló dé tí irú afẹ́fẹ́ ayé kọ̀ọ̀kan fi yàtọ̀ síra? Kí ló dé tí kò sí helium ọ̀fẹ́ àti hydrogen nínú afẹ́fẹ́ ayé?
Iyàrá onígun mẹ́rin ti gbòǹgbò
Ìwọ̀n ìpele onígun mẹ́rin gbòǹgbò = ìwọ̀n ...
Alaye:
v rms = gbòǹgbò ìwọ̀n iyàrá onígun mẹ́rin tàbí iyàrá (m/s)
k = Boltzman constant n (k = 1,38 x 10 ‐23 J/K)
T = Iwọn otutu pipe (K = Kelvin)
m = ìwọ̀n (kg)
Alaye:
v rms = gbòǹgbò ìwọ̀n iyàrá onígun mẹ́rin tàbí iyàrá (m/s)
R = Àìdúró gáàsì gbogbogbòò (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
NA = Iye awọn molikula fun moolu kan = Nọmba Avogadro (NA = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol)
T = iwọn otutu (K)
M = ìwọ̀n moleku = ìwọ̀n molar (kg/kmol tàbí gram/mol)
Àwọn vrms tí a rí lókè yìí ni iyàrá àròpín àwọn molecule nínú gaasi. Àwọn molecule kan ní iyàrá tó ga ju vrms lọ, nígbà tí àwọn mìíràn ní iyàrá tó kéré sí vrms. Ní ọdún 1859, James Clerk Maxwell (1831–1879) ṣe àwárí ìpínkiri àwọn iyàrá molecule nínú gaasi kan. Ìpínkiri iyara molecule ti Maxwell wá láti inú ìmọ̀ kinetic, nítorí náà ó péye jù fún àwọn molecule gaasi tó dára jùlọ. Ìpínkiri iyara molecule ti Maxwell hàn gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán ní ìsàlẹ̀ yìí.
Ní ọdún 1920, ọ̀pọ̀ àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ṣe àwọn àyẹ̀wò láti ṣe ìwádìí lórí ìpínkiri iyàrá àwọn molecule gaasi gidi. Ó hàn gbangba pé ìpínkiri iyàrá àwọn molecule gaasi gidi tí a rí nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò náà jẹ́ dọ́gba pẹ̀lú àwọn àwárí Maxwell.
Nígbà tí ìwọ̀n gáàsì bá ga tó, ìpínkiri iyara tí a rí gbà láti inú àwọn molecule gáàsì gidi kò bá ìpínkiri iyara ti Maxwell mu. Nítorí náà, ìpínkiri Maxwell, tí ó dá lórí ìmọ̀ kinetic ti àwọn gáàsì nípa lílo Newtonian mechanics, ní ààlà. A lè ṣàlàyé ìpínkiri iyara ti àwọn molecule gáàsì ní àwọn iwuwo gíga nípasẹ̀ àwọn ìlànà kuantum.
Pínpín ìwọ̀n àwọn molecule gaasi gidi tí a rí nípasẹ̀ ìdánwò náà dà bí àwòrán tí ó wà ní ìsàlẹ̀ yìí.
Àwòrán yìí fi ìpínkiri iyara àwọn molecule gaasi gidi hàn fún àwọn iwọn otutu méjì tó yàtọ̀ síra. Àwòrán ìpínkiri iyara àwọn molecule tí a rí nípasẹ̀ ìdánwò yìí bá ìṣètò vrms tó wà lókè mu (vrms jẹ́ ìwọ̀n otutu tààrà). Nítorí pé vrms jẹ́ ìwọ̀n otutu tààrà, nígbà tí iwọn otutu bá pọ̀ sí i (T2), ìlà ìpínkiri oṣuwọn molikula naa yipada siwaju si apa ọtun (v rms n pọ si). EA (agbara imuṣiṣẹ) jẹ agbara kinetic ti o kere julọ ti o nilo fun iṣedaṣe kemikali lati waye.
Láti inú àwòrán tó wà lókè yìí, ó hàn gbangba pé bí iwọ̀n otútù bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni iwọ̀n otútù bá ṣe pọ̀ tó, bẹ́ẹ̀ náà ni iwọ̀n otútù náà ṣe yára sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni iyípadà kẹ́míkà náà ṣe yára sí i. Bí iwọ̀n otútù bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára kinetic ti àwọn molecule náà ṣe pọ̀ sí i. Nítorí pé àwọn molecule náà ní agbára kinetic gíga, nígbà tí wọ́n bá dojú kọ ara wọn, wọ́n lè lẹ̀ mọ́ ara wọn.
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 1:
Pinnu rms v ti moleku Nitrogen (N2 ) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC (iwọn molikula ti Nitrogen = 28 giramu/mol = 28 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K = 1,38 x 10 ‐23 (kg m 2 / s 2 )/K
T = 20 o C + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar tàbí ìwọ̀n molkúlù N 2 (M) = 2 x 14 u = 2 x 14 giramu/mol = 28 giramu/mol = 28 kg/kmol (ìwọ̀n atomu ti N = 14 u. wo àtẹ ìpele àwọn eroja)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA) = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol
Ìwọ̀n Nitrogen (m) = ?
Oṣuwọn Nitrogen Rms (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 2:
Pinnu rms v ti Helium (He) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC …. (iwọn molikula ti Helium = 4 giramu/mol = 4 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 o C + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar/Ìwọ̀n molkúlà ti He (M) = 4 u = 4 giramu/mol = 4 kg/kmol (ìwọ̀n atomu ti He = 4 u. wo àtẹ ìpele àwọn eroja)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA) = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol
Ibi-ìṣe (m) = ?
Oṣuwọn RMS O (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 3:
Pinnu rms v ti Hydrogen (H2 ) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC …. (iwọn molikula ti Hydrogen = 2 giramu/mol = 4 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 o C + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar/M ìwọ̀n molcule ti Hídrójìn (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 giramu/mol = 2 kg/kmol (ìwọ̀n atomu ti H = 1 u. wo àtẹ ìpele àwọn eroja)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA) = 6,02 x 102 3 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol
Ìwọ̀n H2 ( m) = ?
Oṣuwọn RMS ti H2 ( v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 4:
Pinnu oṣuwọn rms ti awọn molikula atẹgun (O2 ) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC . (iwọn molikula ti O2 = 32 giramu/mol = 44 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 o C + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar/Ìwọ̀n molkúlà ti Atẹ́gùn (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 giramu/mol = 32 kg/kmol (ìwọ̀n atomu O = 16 u. wo àtẹ ìpele àwọn eroja)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA) = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol
Ìwọ̀n O2 ( m) = ?
Oṣuwọn RMS ti H2 ( v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 5:
Pinnu oṣuwọn rms ti awọn molikula erogba oloro ( CO2 ) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC . (iwọn molikula ti CO2 = 44 giramu/mol = 44 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K = 1,38 x 10 ‐23 (kg m 2 / s 2 )/K
T = 30 o C + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar/Ìwọ̀n molkúlà ti CO2 ( M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 giramu/mol = 44 kg/kmol (ìwọ̀n atomu C = 12 u, ìwọ̀n atomu O = 16 u. Wo àtẹ ìpele ti àwọn eroja)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA ) = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol
Ìwọ̀n CO2 ( m) = ?
Oṣuwọn CO 2 rms (v rms) = ?
v rms ti diẹ ninu awọn iru gaasi
Nísinsìnyí, ẹ jẹ́ kí a fi àwọn rms v ti ọ̀pọ̀lọpọ̀ irú àwọn gaasi wéra:
v rms Hídírójìn (H2 ) = 1917 m/s = 1,92 km/s (ní 20 o C)
v rms Hẹ́líọ́mù (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 o C)
v rms Nitrogen (N 2 ) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 o C)
v rms Atẹ́gùn (O2 ) = 478,4 m/s = 0,48 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 oC )
v rms erogba oloro (CO2 ) = 407,6 m/s = 0,41 km/s (ní iwọn otutu ti 20 o C)
Gáàsì tí ó ní iyàrá rms tó ga jùlọ ni hydrogen, èyí tó kéré jùlọ sì ni carbon dioxide. Wàyí o, fi èyí wé iyàrá ìsálà ní ojú ilẹ̀ ayé (iyàrá ìsálà = 11,2 km/s). Iyàrá ìsálà jẹ́ iyàrá tó kéré jùlọ tí ohun kan nílò láti sá kúrò ní pápá òòfà ilẹ̀ ayé.
Tí àwọn màlúkúlùkù gáàsì bá jẹ́ ìlọ́po 1/6 péré iyára ìsálà (1/6 x 11,2 km/s = 1,86 km/s), nígbà náà ọ̀pọ̀lọpọ̀ màlúkúlùkù gáàsì ló wà tí iyára wọn pọ̀ ju iyára ìsálà lọ (rántí ìpínkiri iyára màlúkúlùkù tí a ṣàlàyé lókè). Ní iyára tó 20 oC , v rms Gáàsì Hídrójìn = 1,92 km/s (> 1,86 km/s). Ní àkókò kan náà, v rms ti gáàsì hídrójìn ní iyára tó 20 oC = 1,36 km/wakati (tó sún mọ́ 1,86 km/s). Èyí wà ní iyára tó 20 oC.
Bí ìwọ̀n otútù bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni iye rms náà ṣe ga tó. Bí iye rms bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni àǹfààní láti sá kúrò nínú pápá òòfà ilẹ̀ ayé ṣe pọ̀ tó. Ìdí nìyí tí kò fi sí helium àti hydrogen nínú afẹ́fẹ́ ilẹ̀ ayé.
Ìtóbi iyàrá ìsálà pílánẹ́ẹ̀tì àti iyàrá ìsálà rms ti àwọn molecule gáàsì ló ń pinnu irú afẹ́fẹ́ tí pílánẹ́ẹ̀tì tàbí satẹ́láìtì ní. Iyàrá ìsálà ti Venus jẹ́ 10,3 km/s. Iyàrá ìsálà rms ti CO2 kéré tó bẹ́ẹ̀ tí ó fi ṣòro fún un láti sá kúrò nínú afẹ́fẹ́ Venus. Ní àkókò kan náà, iyàrá ìsálà ti Jupiter jẹ́ 60 km/s, èyí tí ó tóbi púpọ̀ nítorí iyàrá ìbú Jupiter. Nítorí náà, hydrogen àti helium kò le sá kúrò nínú pápá òòfà ti Jupiter.
