Як знайти середню кінетичну енергію молекул


 

Молекула є об’єктом мікросвіту. Тому безпосереднє вимірювання її кінетичної енергії неможливо. Середня кінетична енергія є статистичним поняттям. Це усереднене значення кінетичних енергій всіх молекул, що входять в речовину.



Вам знадобиться

— періодична таблиця хімічних елементів;
- Термометр;
- Калькулятор.

Інструкція

  1. Знайдіть середню кінетичну енергію, використовуючи значення середньої швидкості молекул речовини. Розрахуйте масу однієї молекули речовини. Для цього визначте його молярну масу в кілограмах на моль за допомогою періодичної таблиці хімічних елементів. Для цього знайдіть відносні атомні маси всіх елементів, що входять до складу молекули речовини. Вони вказані у відповідних осередках таблиці. Складіть їх, і отримаєте відносну молекулярну масу молекули. Поділіть це число на 1000 та отримайте молярну масу речовини в кілограмах на моль.
  2. Поділіть молярну масу на число Авогадро (NA = 6,022 ∙ 10 ^ 23 1/моль) і отримаєте масу однієї молекули речовини m0 в кілограмах. Порахуйте середню кінетичну енергію молекул, помноживши масу однієї молекули m0 на квадрат її швидкості v, а результат поділіть на 2 (Ek = m0 ∙ v ² / 2).
  3. Приклад. Розрахуйте середню кінетичну швидкість молекул азоту, якщо їх середня швидкість дорівнює 100 м / с. Молярна маса двоатомної молекули азоту дорівнює 0,028 кг / моль. Знайдіть масу однієї молекули 0,028 / (6,022 ∙ 10 ^ 23) ≈ 4,6 ∙ 10 ^ (-25) кг. Визначте середню кінетичну енергію молекул Ek = 4,6 ∙ 10 ^ (-25) ∙ 100 ² / 2 = 2,3 ∙ 10 ^ (-21) Дж.
  4. Знайдіть середню кінетичну енергію молекул газу через значення температури. Виміряйте цю величину термометром. Якщо прилад вимірює в градусах Цельсія, переведіть значення температури в Кельвіна за абсолютною шкалою. Для цього до значення температури в градусах Цельсія додайте число 273. Наприклад, якщо температура газу 23 º С, то за абсолютною шкалою його температура буде дорівнює Т = 23 +273 = 296 К.
  5. Визначте ступінь свободи молекули i. Ця величина для одноатомної молекули дорівнює 3. Для двоатомної частки — 5, трьохатомної і більше — 6. Розрахуйте середню кінетичну енергію, помноживши ступінь свободи молекули на абсолютну температуру газу і постійну Больцмана (k = 1,38 ∙ 10 ^ (-23)). Результат поділіть на число 2 (Ek = i ∙ k ∙ T / 2).
  6. Приклад. Знайдіть середню кінетичну енергію молекул двухатомного газу при температурі 85 º С. Визначте температуру газу за абсолютною шкалою Т = 85 +273 = 358К. Ступінь свободи двоатомної молекули i = 5. Проведіть розрахунок Ek = 5 ∙ 1,38 ∙ 10 ^ (-23) ∙ 358/2 ≈ 1,24 ∙ 10 ^ (-20) Дж.