Molekulyar-kinetik nəzəriyyə (MKN). İdeal qaz qanunları

1. Bütün maddələr molekul və atomlardan ibarətdir.
2. Molekullar fasiləsiz və nizamsız (xaotik) hərəkət edir.
3. Molekullar bir-biri ilə qarşılıqlı təsirdədir: çox kiçik məsafələrdə itələyir, bir qədər böyük məsafələrdə cəzb edir.

Molekulların hərəkətini iki hadisə təsdiq edir. Broun hərəkəti mayedə və ya qazda asılı qalan kiçik zərrəciklərin molekulların zərbələri nəticəsində nizamsız hərəkətidir. Diffuziya bir maddənin molekullarının digər maddənin molekulları arasına öz-özünə nüfuz etməsidir; o, qazlarda ən sürətli, bərk cisimlərdə ən yavaş gedir. Temperatur artdıqca hər iki hadisə sürətlənir. Molekulların ölçüsü $10^{-10}$ m tərtibindədir.

• Nisbi molekul (atom) kütləsi $M_r$ molekulun kütləsinin karbon-12 atomu kütləsinin $\dfrac{1}{12}$ hissəsinə nisbətidir; ölçüsüz kəmiyyətdir.
• Maddə miqdarı: $\nu = \dfrac{N}{N_A} = \dfrac{m}{M}$, vahidi moldur. Avoqadro sabiti $N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23}$ mol$^{-1}$.
• Molyar kütlə: $M = M_r \cdot 10^{-3}$ kq/mol. Məsələn, su üçün $M_r = 18$, $M = 0{,}018$ kq/mol.
• Bir molekulun kütləsi: $m_0 = \dfrac{M}{N_A}$.
• Konsentrasiya vahid həcmdəki molekulların sayıdır: $n = \dfrac{N}{V}$, vahidi m$^{-3}$.

İdeal qaz modelində molekullar maddi nöqtə sayılır, toqquşmalar arasında bir-biri ilə qarşılıqlı təsirdə olmur, bir-biri və qabın divarları ilə elastik toqquşur. Qazın təzyiqi molekulların divara zərbələri ilə yaranır (MKN-nin əsas tənliyi):

Temperatur molekulların orta kinetik enerjisinin ölçüsüdür:

burada $k$ Bolsman sabitidir. Buradan $p = nkT$, molekulların orta kvadratik sürəti isə

Temperatur termometrlə ölçülür: termometr cisimlə istilik tarazlığına gəldikdən sonra onun temperaturunu göstərir.

• Selsi şkalası: normal atmosfer təzyiqində buzun ərimə temperaturu $0$ °C, suyun qaynama temperaturu $100$ °C qəbul edilir.
• Mütləq (Kelvin) şkalası: $T = t + 273$ (dəqiq qiyməti $273{,}15$). Mütləq sıfır $0$ K $= -273$ °C-dir. Kelvin və Selsi dərəcələri bərabərdir, ona görə $\Delta T = \Delta t$.
• Farenheyt şkalası: həmin iki nöqtə $32$ °F və $212$ °F-dir, $t_F = \dfrac{9}{5}t_C + 32$. Məsələn, $-40$ °C $= -40$ °F.

Mendeleyev-Klapeyron tənliyi: $pV = \dfrac{m}{M}RT = \nu RT$, burada $R = 8{,}31$ C/(mol$\cdot$K) universal qaz sabitidir ($R = kN_A$). Kütlə sabit olduqda Klapeyron tənliyi alınır: $\dfrac{p_1V_1}{T_1} = \dfrac{p_2V_2}{T_2}$.

Sabit kütləli qaz üçün izoproseslər:

• izotermik ($T = \text{const}$), Boyl-Mariott qanunu: $pV = \text{const}$; $p$–$V$ qrafiki hiperboladır (izoterm);
• izobarik ($p = \text{const}$), Gey-Lüssak qanunu: $\dfrac{V}{T} = \text{const}$; $V$–$T$ qrafiki koordinat başlanğıcından keçən düz xətdir;
• izoxorik ($V = \text{const}$), Şarl qanunu: $\dfrac{p}{T} = \text{const}$; $p$–$T$ qrafiki koordinat başlanğıcından keçən düz xətdir.

Dalton qanunu: qaz qarışığının təzyiqi parsial təzyiqlərin cəminə bərabərdir, $p = p_1 + p_2 + \dots$ Avoqadro qanunu: eyni təzyiq və temperaturda bərabər həcmli istənilən qazlarda molekulların sayı eynidir; normal şəraitdə $1$ mol qaz $22{,}4$ l həcm tutur.