Die kinetische Molekulare Theorie der Materie PDF

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Theorie der Materie...

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Die kinetische Molekulare Theorie der Materie Kinetische Energie ist Energie, die mit Bewegung verbunden ist; KE = ½mv2. Wenn sich zwei Teilchen unterschiedlicher Masse mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, hat das schwerere Teilchen eine höhere kinetische Energie. Ähnlich verhält es sich bei Partikeln gleicher Masse, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, wobei der schnellere die größere kinetische Energie besitzt.

Potentielle Energie resultiert aus Anziehungen von Partikeln für einander. Das heißt, Teilchen, die unter dem Einfluss von Gravitations- oder elektrischen Kräften stehen, besitzen potentielle Energie. Atome in Molekülen besitzen potentielle Energie, weil sie zueinander hingezogen werden. Potentielle Energie führt zu Kohäsionskräften in Materie, die Partikel zusammenbringen und Flüssigkeiten und Feststoffe bilden. Kinetische Energie führt zu störenden Kräften in Materie, wodurch Moleküle streuen und Gase bilden. Der Zustand einer Substanz hängt von der relativen Stärke der kohäsiven Kräfte (potentielle Energie) ab, die die Teilchen zusammenhalten, und von den störenden Kräften (kinetische Energie), die dazu tendieren, sie zu streuen. Die potentielle Energie hängt von der Molekülgröße und -struktur ab und ist inhärente Eigenschaften der Moleküle; sie sind unabhängig von der Temperatur. Während kinetische Energie temperaturabhängig ist (Moleküle bewegen sich bei höheren Temperaturen schneller). Daher spielt die Temperatur eine so wichtige Rolle bei der Bestimmung des Aggregatzustandes.

Zustände der Materie: Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase Festkörper haben feste Formen und Volumina, weil die Teilchen eine feste Position im Kristallgitter einnehmen. Starke kohäsive Kräfte halten Partikel (Moleküle, Atome oder Ionen) an Ort und Stelle mit kleinen Leerräumen, was zu einer sehr geringen Kompressibilität und thermischen Ausdehnung führt. Feststoffe haben eine hohe Dichte, die mit der Temperatur sehr wenig variiert.

In Flüssigkeiten sind Kohäsionskräfte etwas stärker als Störkräfte. Die Teilchen sind lose gepackt, erlauben einen gewissen Freiheitsgrad für die Translationsbewegung, gleiten frei übereinander und machen so Flüssigkeiten flüssig. Wie Feststoffe haben Flüssigkeiten eine sehr geringe Kompressibilität und thermische Ausdehnung; Ihre Dichten variieren nur geringfügig mit der Temperatur.

Im Gegensatz dazu haben Teilchen in Gasen kinetische Energie, die über der potentiellen Energie dominiert. Partikel haben völlige Bewegungsfreiheit, die unabhängig voneinander ist. Partikel sind durch Abstände getrennt, die viel größer sind als ihre Größe. Ihre kinetische Energie und Geschwindigkeit nimmt auch mit der Temperatur zu. Infolgedessen nehmen Gase sehr große Volumina ein, die stark komprimierbar sind und sich auch ausdehnen, wenn die Temperatur erhöht wird. Gase haben eine sehr geringe Dichte, die stark von Temperatur und Druck abhängig ist.

Einheiten des Drucks Gasteilchen kollidieren ständig mit den Wänden des Behälters oder den ihn umgebenden Oberflächen, was zu einem Gasdruck führt. Der atmosphärische Druck resultiert aus molekularen Stößen atmosphärischer Gase (hauptsächlich N2 und O2) auf der Erdoberfläche. Es wird mit einem Barometer gemessen, während der Gasdruck in einem Behälter mit einem Manometer oder Druckmesser gemessen werden kann.

Einheiten für Druck: atm, mmHg.

Druckumwandlung: 1.000 atm = 760,0 mmHg

GAS GESETZ Dies sind Aussagen oder mathematische Ausdrücke, die das universelle Verhalten von Gasen in Bezug auf ihren Druck, ihr Volumen, ihre Temperatur und die Menge in Molen zusammenfassen.

1. Boyle-Gesetz: Druck-Volumen-Beziehung; Für eine feste Gasmenge bei konstanter Temperatur ist das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Druck.

P1V1 = P2V2 Karls Gesetz a) Volumen-Temperatur-Beziehungen;

Für eine feste Gasmenge bei konstantem Druck ist das Gasvolumen direkt proportional zur Temperatur in Kelvin (K).

V = eine Konstante x T; (bei konstantem P); Dann ist V / T = eine Konstante; und V1 / T1 = V2 / T2; ODER T1 / V1 = T2 / V2

V2 = V1 x (T2 / T1); T2 = T1 × (V2 / V1); (Temperatur ist in Kelvin)

b) Druck-Temperatur-Beziehungen:

Für eine feste Gasmenge bei konstantem Volumen ist der Gasdruck direkt proportional zur Temperatur in Kelvin. Das ist,

P = eine Konstante x T; (bei konstantem Volumen);

Dann gilt P1 / T1 = P2 / T2; und P2 = P1 x (T2 / T1);

ODER, T1 / P1 = T2 / P2; und T2 = T1 × (P2 / P1);

Avogadros Gesetz: Volume-Mole-Beziehung; Das Avogadro-Gesetz besagt, dass bei konstanter Temperatur und konstantem Druck das Volumen eines Gases direkt proportional zur Anzahl der Mole Gas ist.

V / n = eine Konstante (bei konstanter T und P);  V1 / n1 = V2 / n2; V2 = V1 x (n2 / n1); oder n2 = n1 x (V2 / V1)

Wenn Gase bei konstanter Temperatur und konstantem Druck reagieren, sind ihre Volumina durch einfache ganze Zahlenverhältnisse miteinander verbunden. Zum Beispiel in der Reaktion:

N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g),

Es wurde gefunden, daß bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ein Volumen N & sub2; mit 3 Volumen H2 unter Bildung von 2 Volumen NH & sub3; reagiert. Avogadro kam aus Beobachtungen von Reaktionen mit Gasen zu der Schlussfolgerung, dass bei gleichen Temperaturen und gleichem Druck gleiche Volumen von Gasen die gleiche Anzahl von Molekülen und somit die gleiche Anzahl von Molen enthalten.

Die Kombination der drei Gasgesetze ergibt die ideale Gasgleichung: PV = nRT, R = 0,08206 L.atm / mol.K ist die universelle Gaskonstante.

Standardtemperatur und -druck (oder STP) ist eine Bedingung, bei der P = 1 atm und T = 273 K (0ºC) ist. Unter dieser Bedingung haben 1.000 Mol des idealen Gases ein Volumen von 22,4 L, was auch das Molvolumen des idealen Gases bei STP genannt wird.

Übung 1. Wenn das Molvolumen des idealen Gases bei STP 22,4 L beträgt, wie groß ist das Molvolumen des Gases bei 25 oC und 1 atm? Wie viel Gramm Stickstoffgas sind in einer 65,0-l-Gasflasche bei 25 ° C und 1 atm Druck vorhanden?

2. Eine Gasflasche enthält eine Mischung aus 78,0 g N2 und 22,0 g O2. Wenn der Gesamtdruck 1,00 atm bei 25 ° C beträgt, wie groß ist das Volumen des Zylinders? (R = 0,08206 L.atm / mol.K)

Energie und Zustand der Materie

Eine reine Substanz im gasförmigen Zustand enthält mehr Energie als im flüssigen Zustand, der wiederum mehr Energie enthält als im festen Zustand. Teilchen haben die höchste kinetische Energie, wenn sie sich im gasförmigen Zustand befinden. Kinetische Energie steht in Zusammenhang mit Wärme (auch thermische Energie genannt). Das Erhöhen der Temperatur führt zu einer Erhöhung seiner kinetischen Energie.

Berechnung der von einer Substanz absorbierten (oder verlorenen) Wärme Wenn eine Substanz in demselben Zustand Wärme absorbiert, erhöht sich ihre Temperatur. Die absorbierte Wärmemenge ist proportional zur Menge der Substanz und dem Temperaturanstieg. Die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm Substanz um 1oC zu erhöhen, wird die spezifische Wärme dieser Substanz genannt. Die spezifische Wasserwärme beträgt 1,00 cal / g oC (oder 4,18 J / g oC). Die Wärmemenge q, die durch eine gegebene Masse (m) der Substanz mit spezifischer Wärme S absorbiert wird, wenn ihre Temperatur um T ansteigt, ist durch die folgende Formel gegeben:

Q = m.S.T

Verdampfung und Dampfdruck. • Flüssige Moleküle mit ausreichender kinetischer Energie können von der Flüssigkeitsoberfläche verdampfen. Wenn die Verdampfung in einem geschlossenen Behälter stattfindet, wird der Raum oberhalb der Flüssigkeit eventuell mit Dampf gesättigt. Der Sättigungspunkt ist eine Gleichgewichtslage, in der Verdampfungs- und Kondensationsraten gleich sind - Flüssigkeit und Dampf sind im Gleichgewicht.

• Der von gesättigtem Dampf ausgeübte Druck wird als Dampfdruck bezeichnet, der exponentiell mit der Temperatur ansteigt. Bei jeder gegebenen Temperatur hängt der Dampfdruck von der Anzahl der Moleküle in der Dampfphase ab.

• Flüssigkeiten mit schwachen intermolekularen Kräften, die Moleküle leicht in die Dampfphase entweichen lassen, haben einen hohen Dampfdruck. Daher sind flüchtige Flüssigkeiten durch hohe Dampfdrücke

gekennzeichnet. Zum Beispiel beträgt der Dampfdruck von Wasser bei 25ºC etwa 24 Torr, während die Dampfdrücke von Aceton und Diethylether, die flüchtiger als Wasser sind, etwa 230 Torr bzw. 540 Torr betragen.

• Wasser ist aufgrund der starken Wasserstoffbrückenbindungen (intermolekulare Anziehungskräfte), die Wassermoleküle im flüssigen Zustand zusammenhalten, nicht flüchtig. Infolgedessen hat Wasser einen niedrigen Dampfdruck.

Dampfdruck und Siedepunkte • Flüssigkeiten kochen, wenn ihre Dampfdrücke den Außendruck erreichen. Der Siedepunkt einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der ihr Dampfdruck 1,00 atm beträgt.

• Flüchtige Flüssigkeiten haben hohe Dampfdrücke und niedrige Siedepunkte. Zum Beispiel kocht Diethylether bei 1 atm bei 36ºC und Aceton bei 56ºC. Bei ihren jeweiligen Siedepunkten beträgt der Dampfdruck von Flüssigkeiten 760 Torr (1 atm).

• Nichtflüchtige Flüssigkeiten haben niedrige Dampfdrücke und hohe Siedepunkte. Zum Beispiel kocht Wasser bei 100 ° C....