Nínú afẹ́fẹ́ ayé, kò sí helium tàbí hydrogen gáàsì ọ̀fẹ́. Nítrójìn (78%), atẹ́gùn (21%), argon (0,90%), carbon dioxide, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ nìkan ló wà. Afẹ́fẹ́ ayé Venus fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ carbon dioxide (CO) pátápátá.2) Afẹ́fẹ́ Júpítà ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ helium àti hydrogen ọ̀fẹ́. Òṣùpá kò ní afẹ́fẹ́. Kí ló dé tí irú afẹ́fẹ́ lórí pílánẹ́ẹ̀tì kọ̀ọ̀kan fi yàtọ̀ síra? Kí ló dé tí kò sí helium ọ̀fẹ́ àti hydrogen nínú afẹ́fẹ́ ayé?
Iyàrá onígun mẹ́rin ti gbòǹgbò
Iwọn iyara onigun mẹrin ti gbongbo = iwọn iyara apapọ ti gbongbo = vrmsA le ṣe àgbékalẹ̀ ìfojúsùn vrms nípa yíyípadà àwọn ìdọ́gba ìtumọ̀ Ìwọ̀n otútù àti Agbára Kinetic.
Alaye:
v rms = iyàrá onígun mẹ́rin tàbí iyàrá ìsàlẹ̀ gbòǹgbò (m/s)
k = n ti Boltzman ti o duro nigbagbogbo (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 1023 /mol = 6,02 x 1026 /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 molikula Nitrogen (N)2) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC (Iwọn molikula nitrogen = 28 giramu/mol = 28 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10,23 J/K = 1,38 x 10,23 (kg m2 /s2 )/K
T = 20 oC + 273 = 293 K
Ìwọ̀n molar tàbí ìwọ̀n molar N2 (M) = 2 x 14 u = 2 x 14 giramu/mol = 28 giramu/mol = 28 kg/kmol (ìwọ̀n átọ̀mù N = 14 u. wo àtẹ ìpele àwọn èròjà)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (NA) = 6,02 x 1023 /mol = 6,02 x 1026 /kmol
Ìwọ̀n Nitrogen (m) = ?
Oṣuwọn Nitrogen Rms (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 2:
Pinnu vrms ti Helium (He) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC…. (Iwọn molikula helium = 4 giramu/mol = 4 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10,23 J/K
T = 20 oC + 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 1023 /mol = 6,02 x 1026 /kmol
Ibi-ìṣe (m) = ?
Oṣuwọn RMS O (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 3:
Pinnu rms v ti Hydrogen (H)2) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC…. (Iwọn molikula haidrojini = 2 giramu/mol = 4 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10,23 J/K
T = 20 oC + 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 1023 /mol = 6,02 x 1026 /kmol
Ibi H2 (m) = ?
Oṣuwọn RMS H2 (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 4:
Pinnu oṣuwọn rms ti atẹgun molikula (O2) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC. (ìwọ̀n molikula ti O2 = 32 giramu/mol = 44 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10 ,23 J/K
T = 20 oC + 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 1023 /mol = 6,02 x 1026 /kmol
Ibi O2 (m) = ?
Oṣuwọn RMS H2 (v rms) = ?
Àpẹẹrẹ ìbéèrè 5:
Pinnu oṣuwọn rms ti awọn molikula erogba oloro (CO).2) ninu afẹfẹ ni iwọn otutu ti 20 oC. (ìwọ̀n molikula ti CO2 = 44 giramu/mol = 44 kg/kmol)
Ifọrọwanilẹnuwo
k = 1,38 x 10,23 J/K = 1,38 x 10,23 (kg m2 /s2 )/K
T = 30 oC + 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 átọ̀mù ti C = 12 u, ìwọ̀n átọ̀mù ti O = 16 u. Wo àtẹ ìpele àwọn èròjà)
Iye awọn molikula/mol = Nọmba Avogadro (N)A) = 6,02 x 1023 /mol = 6,02 x 1026 /kmol
Iṣura CO2 (m) = ?
Oṣuwọn CO rms2 (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 Hídrójìn (H)2) = 1917 m/s = 1,92 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 oC)
v rms Hẹ́líọ́mù (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 oC)
v rms Nitrogen (N)2) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (ní ìwọ̀n otútù 20 oC)
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 ìwọ̀n otútù 20 oC)
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 vrms ti àwọn molecule gaasi bá jẹ́ ìlọ́po 1/6 iyàrá ìsálà (1/6 x 11,2 km/s = 1,86 km/s), nígbà náà ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn molecule gaasi ló wà tí iyàrá wọn ga ju iyàrá ìsálà lọ (rántí ìpínkiri àwọn iyàrá molecule tí a ṣàlàyé lókè). Ní iwọ̀n otútù 20 oC, v rms ti gaasi hydrogen = 1,92 km/s (> 1,86 km/s). Nígbàtí v rms ti gaasi helium ní iwọ̀n otutu ti 20 oC = 1,36 km/h (tó súnmọ́ 1,86 km/s). Èyí wà ní ìwọ̀n otútù 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 àsálà pílánẹ́ẹ̀tì àti iyàrá rms ti àwọn molecule gáàsì ló ń pinnu irú afẹ́fẹ́ tí pílánẹ́ẹ̀tì tàbí sátẹ́láẹ̀tì ní. Iyàrá àsálà pílánẹ́ẹ̀tì Venus = 10,3 km/s. v rms CO2 Ó kéré tó bẹ́ẹ̀ tí ó fi ṣòro fún un láti sá kúrò ní afẹ́fẹ́ Venus. Ní àkókò kan náà, iyàrá ìsálà Jupiter jẹ́ 60 km/s, èyí tí ó ga púpọ̀ nítorí iwọ̀n ìlà tóbi Jupiter. Nítorí náà, hydrogen àti helium kò le sá kúrò ní pápá òòfà Jupiter.
