Moleküler Enerjiler ve Moleküler Hızların Sayısal Değerleri
Bir mol gaz molekülünün ortalama kinetik enerjisi (öteleme hareketi enerjisi) \rm {3 \over 2}RT eşitliğinden hesaplanabilir. Örneğin 25 oC de 1.0 mol gazın kinetik enerjisi
\rm {3 \over 2}RT \quad \Rightarrow \quad {3 \over 2}(8.314 \; J \; mol^{-1} \; K^{-1})(298.16 K) = 3718 \; J \; mol^{-1}olarak hesaplanabilir. Molekül başına düşecek enerji ise;
\rm {3 \over 2}{ R\over N}Tolacaktır. R/N; tek bir molekül ile ilgili bir sabit olarak ortaya çıkar. Bu sabit k ile gösterilir ve Boltzmann sabiti olarak adlandırılır. k nın sayısal değerlerini genel gaz sabiti ve Avagadro sayısının değerlerini kullanarak, \rm 1.38064852 \times 10^{-23} \; m^2 \; kg \; s^{-2} \; K^{-1} , \rm 8.314 \times 10^{-23} \; J \; mol^{-1} K^{-1} veya \rm 1.38064852 \times 10^{-16} \; erg \; K^{-1} olarak hesaplanabilir.
Boltzmann sabiti kullanılarak tek bir molekülün 25 oC de sahip olduğu kinetik enerji yaklaşık olarak
\rm E_k ={3 \over 2}kT\rm E_k ={3 \over 2}(1.38064852 \times 10^{-23} \;J \;K^{-1})(298.16 \; K) = 6.17 \times 10^{-21} \; Jolarak hesaplanabilir.
Bir molekülün hız kareleri ortalamalı karekökü hızı, örneğin; 25 oC deki N2 (M = 0.02802 kg mol-1) için;
\rm \sqrt{ \overline{u}^2 } =\sqrt {3 RT\over M}\rm \sqrt{ \overline{u}^2 } = \sqrt {3 (8.314 \;J \; mol^{-1} K^{-1})(298.16 \; K ) \over (0.02802 \; kg \; mol^{-1})} = 515 \; m \; s^{-1}olarak hesaplanabilir.
Farklı moleküllerin belli sıcaklıklarda hızların farklı olmasına karşın, kinetik enerjilerinin aynı olduğu unutulmamalıdır. Ayrıca bu hız bileşenlerinin hangi büyüklükte olduğu hesaplanmak istenirse;
\rm u^2 = u_x^2 + u_y^2 + u_z^2şitliğini hatırlarsak, eşitliğin heriki tarafı m/2 ile çarpılacak olursa
\rm {1 \over 2}mu^2 = {1 \over 2}mu_x^2 + {1 \over 2}mu_y^2 + {1 \over 2}mu_z^2 \Rightarrow E_k= (E_k)_x + (E_k)_y + (E_k)_zyazılabilir. Ayrıca molekül başına kinetik enerji \rm {3 \over 2}kT olacağından;
\rm (E_k)_x = (E_k)_y = (E_k)_z = {1 \over 2}kTolacaktır. Bu nedenle molekül başına öteleme serbestlik enerjisinin \rm {1 \over 2} kT olduğunu söyleriz.
Kaynaklar |