Warning: jsMath requires JavaScript to process the mathematics on this page.
If your browser supports JavaScript, be sure it is enabled.

Taner TANRISEVER Ana Sayfasi

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}T

olacaktır. 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} \; J

olarak 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^2

şitliğini 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)_z

yazılabilir. Ayrıca molekül başına kinetik enerji \rm {3 \over 2}kT olacağından;

\rm (E_k)_x = (E_k)_y = (E_k)_z = {1 \over 2}kT

olacaktır. Bu nedenle molekül başına öteleme serbestlik enerjisinin \rm {1 \over 2} kT olduğunu söyleriz.


 

Kaynaklar