*kõik ained koosnevad molekulidest *molekulid on pidevas kaootilises liikumises *molekulide vahel on vastastikmõju aine omadusi kirjeldatakse parameetrite abil parameeter- nim füüsikalist suurust, mis kirjeldab aine olekut või omadusi Parameetrite liigid: 1)makroparameetrid- füüsikalised suurused, mida saab mõõta (nt: mass, pikkus...) 2)mikroparameetrid- füüsikalised suurused, mida kasutatakse aine üksiku molekuli kirjeldamisel. Neid on võimalik arvutada makroparameetrite abil. Olekuparameetrid: 1) rõhk p 1Pa 2) ruumala V 1m³ 3) temperatuur T 1K või 1ºC kui muuta ühte olekuparameetrit muutub ka vähemalt üks teine parameeter Mikro- ja makroparameetrid Temperatuur Ideaalse gaasi olekuvõrrand ideaalne gaas on reaalse gaasi mudel omadused: 1)molekulid on punktmassid (mõõtmeteta) 2)molekulide põrked on elastsed molekulide kiirus põrgetel anuma seintega ei muutu
c)molekulide vahel ei ole vastastikmõju Ideaalne gaas on väga tugevasti hõrendatud gaas. 5. Gaasi rõhk on tingitud molekulide põrgetest vastu anuma seina või vastu kehasid,mis gaasis on Ühikud: 1Pa = 1 Füüsikaline atmosfäär: 1atm= 760mmHg=101325Pa Tehniline atmosfäär: 1at 1mmHg=133,28Pa 1bar=105Pa 6. Võrrand P= 1/3m0NV ongi oluliseim seos ideaalse gaasi mikoparameetrie n, mo ja v(kaetud) ning makroparameetrite p vahel.Seda seost nim ideaasle gaasi molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandiks 7. Rõhu sõltumine temperatuurist - Mida suurem on rõhk,seda kõrgem on temperatuur 8. Absoluutse temp skaala on Kelvinites 9. Isoprotsessideks nim. Gaasi oleku muutust,kui üks oleku parameeter jääb muutumatuks Isobaariline protsess on gaasi oleku muutus jääval rõhul isotermiline protsess on isohooriline protsess on 10. Ideaalse gaasi seadused isoprotsessides:
Termodünaamika KT 1. Gaas koosneb molekulidest; Molekulid on pidevas kaootilises liikumises; Molekulide vahel on vastastikmõju 2. Mikroparameetrid – iseloomustavad ainet molekulaarsena, ei ole vahetult mõõdetavad vaid määratakse makroparameetrite kaudu[m0, V, n, p0, E], olulised aine ehituse ja aines asetleidvate protsesside mõistmise seisukohalt. Makroparameetrid – iseloomustavad gaasi kui tervikut, suurused, mis ei eelda aine koosnemist osakestest[m, p, V, t, p,T), olulised praktiliste ülesannete lahendamisel(nt balloonis) 3. Olekuparameetrid – p, V, T, määravad gaasi oleku 4. Ideaalse gaasi mudel – lihtsaim mudel gaasi kirjeldamiseks, milles ei arvestata molekulide mõõtmeid ja vastastikmõju
määratud makrooleku tõenäosus on seda suurem, mida suurema arvu mikroolekutega on see realiseeritav. Molekulaarkineetiline teooria Gaasi molekulid võivad ühe ja sama temperatuuri, ruumala ning rõhu juures omandada väga mitmesuguseid asjukohti ja kiiruseid. Mikroolekuid, mis ongi määratud molekulide asukoha ja kiirusega, on aga seda rohkem, mida rohkem on molekulidel võimalusi omada erinevaid kiirusi ja asukohti samade makroparameetrite korral. Kuna gaasi molekulide arv on suur, siis üldjuhul on ka mikroolekute arv suur. Makrooleku termodünaamiliseks tõenäosuseks on võetud naturaallogaritm mokroolekute arvust. Boltzmanni valem Kui oleku termodünaamilse tõenäosusega W seada vastavusse süsteemi entroopia S, siis saame seose, kus k on Boltzmanni konstant. Viimane on selles valemis võetud kordajana seepärast, et tagada entroopiale vastav mõõtühik. S = klnW
Lainete liitumisefektide üheks näiteks on seisevlaine, mis saadakse kahe vastassuunalise sama amplituudiga laine liitumisel: , kus seisevlaine amplituud väärtus sõltub asukohast. Seisevlaine sagedusspekter on diskreetne. · III. Molekulaarfüüsika ja termodünaamika. · 1. Termodünaamiline ja statistiline uurimismeetod. · Termodünaamika uurib suurest arvust osakestest koosnevaid süsteeme kui makrosüsteeme, kirjeldades nende soojuslikke omadusi makroparameetrite (rõhk p, ruumala V, temperatuur T) abil. · Molekulaarfüüsika uurib aine ehitust lähtudes molekulaarkineetilisest vaatepunktist. Kõik ained koosnevad aatomitest ja molekulidest. Kasutatakse statistilist uurimismeetodit, st, et rakendatakse hästi tuntud statistilisi seadusi ja opereeritakse lõpuks keskmiste füüsikaliste suurustega. · Molekulaarfüüsika ja termodünaamika täiendavad teineteist, kuid termodünaamika on üldisem. · 2. Ideaalne gaas.
2) Absoluutse temperatuuri skaala T = t +273,15K 3) Fahrenheiti skaala tF = 32F + Soojushulk soojusülekandel üleantav energiahulk. Gaasi rõhk n molekulaarne kontsentratsioon m0 molekuli mass - molekuli keskmine kiirus molekuli keskmine kineetiline energia Ideaalse gaasi olekuvõrrand n molekulide kontsentratsioon k Boltzmanni konstant (1,38*10-23 J/K) T gaasi absoluutne temperatuur Makroparameetrite kaudu: Isoprotsessid kui mingi protsessi käigus gaasi koguse mass on jääv ja üks kolmest parameetrist (p, V, T) ei muutu, siis on tegemist isoprotsessiga. 1) pconst isobaariline (isobaarne) Gay-Lussaci seadus 2) V-const isohooriline (isohoorne) Charles'i seadus 3) T-const isotermiline (isotermne) Boyle - Mariotte'i seadus Termodünaamika I seadus süsteemile juurdeantav soojushulk kulub süsteemi
kiirus. See näitab palju tööd tehakse ajaühikus. Võimsuse tähis on N ning ühik on [W]- vatt. N=A/t. Mehhanismi kasutegur on kasuliku töö ja kogu tehtud töö suhe. =Akasulik/Akogu. Nr 19. Mikro- ja makrokäsitlus. Ainehulk. Mool. Avogadro arv. Molekulmass. Molaarmass. Aineosakeste kontsentratsioon. Mikrokäsitlus on aine iseloomustamine mikroparameetrite järgi (osakese tasemel- üksiku molekuli- iselooomustamine). Makrokäsitlus on aine iseloomustamine makroparameetrite järgi (ainehulka käsitletakse, kui tervikut). Makrokäsitluses iseloomustatakse aineid olekuparameetrite abil- rõhk, temperatuur ja ruumala. Olekuparameetriks ei ole aga mass, kuna massi koguse suurusest ei olene aine olek. Mool on ainehulk, milles on Avogadro arv molekule. Ainehulga tähis on N ning ühik [mol]- mool. Avogadro arv on kontstant, mille väärtus on 6,02*1023 mol-1. Avogadro arvu tähis on Na. Molekulmass on keha massi ja selle osakeste arvu jagatis. m0=m/M=m/vNa=M/Na
15 vee kolmikpunkti temperatuurist § Faaside piirjooned määravad olekud, kus molekulide üleminekud ühest olekust teise on võrdtõenäosed •Siirdesoojused (+ valemid ja mõõtühikud) Soojushulka, mis neeldub või eraldub faasisiirdel aine ühe massiühiku kohta nim siirdesoojuseks. •2. järku faasiüleminekud 1) Faasiüleminekud, mille toimumise ajal konstantsete makroparameetrite korral (konstantse rõhu, temperatuuri korral) eraldub või neeldub soojust ning olekuparameetrid muutuvad hüppeliselt • Näiteks sulamise korral eraldub soojust ning tihedus muutub hüppeliselt 2) Faasiüleminekud ilma soojuse neeldumise ning eraldumiseta, olekuparameetrid muutuvad seejuures pidevalt • Teisalt muutuvad hüppeliselt nende olekuparameetrite tuletised rõhu, temperatuuri järgi
Seetõttu nimetatakse neid olekuparameetriteks. Kui ühte olekuparameetrit muuta, muutub selle tagajärjel veel vähemalt üks olekuparameeter. Mikroskoopilise ehk mikrokäsitluse korral lähtutakse aine iseloomustamisel ta molekulaarsest ehitusest. Mikroparameetrid on füüsikalised suurused, mis on seotud molekulide ja nende liikumisega, nad iseloomustavad ainet molekulaarsena. Mikroparameetrid eeldavad molekulide olemasolu ning ei ole vahetult mõõdetavad, nad määratakse makroparameetrite kaudu. Tähtsaimad mikroparameetrid on molekulide kontsentratsioon n, keskmine kiirus , molekuli mass Ainehulk üks mool on ainehulk, milles molekulide või aatomite arv võrdub 0,012 kg süsimiku aatomite arvuga Avogadro arv 1 mool sisaldab 6,02*1023 osakest Molekulmass on ühe molekuli mass. Molaarmass M vastava aine ühe mooli mass Konsentratsioon n osakseste arv ruumalas N = NA m = M N n= V 25
kiiruste absoluutväärtuste summaga, mis on jagatud molekulide arvuga. Tihti kasutatakse ka ruutkeskmise kiiruse mõistet: liidetakse kokku kõikide molekulide kiiruste ruudud, ja jagatakse saadud summa molekulide arvuga ning leitakse tulemusest ruutjuur. Kuigi ruutkeskmine kiirus erineb keskmisest kiirusest (on sellest ca 9% suurem), ei hakka me nende vahel vahet tegema. Mikroparameetreid on keeruline määrata, sellepärast kasutatakse nende leidmiseks seoseid mikro- ja makroparameetrite vahel. Vaatleme neid seoseid ideaalse gaasi näitel. 4.2.1. Seos makro- ja mikroparameetrite vahel ideaalses gaasis Ideaalne gaas on tegeliku (reaalse) gaasi mudel, kus: · molekule loetakse punktmassideks; · molekulide põrgetel anuma seinaga nende kiiruse väärtus ei muutu, muutub ainult kiiruse suund; · molekulide vahelist vastastikmõju (tõmbumine või tõukumine) ei arvestata. Ideaalse gaasi mudelit võib kasutada sellepärast, et molekulide mõõtmed on väikesed
Suurusi, mis ei eelda aine koosnemist osakestest, nimetatakse makroparameetriteks: (m, p, V, T, , t.) p, V, T olekuparameetrid, mis määravad gaasi oleku. Kui üks parameeter muutub, peavad ka teised muutuma. Olek ei tähenda mitte vedel, gaasiline, tahke, vaid p, V, T kindlaid väärtusi. Olulisem praktiliste ülesannete lahendamise juures. 2 Mikrokäsitlus eeldab aine koosnemist osakestest. Mikroparameetrid ei ole vahetult mõõdetavad vaid määratakse makroparameetrite kaudu. Mikroparameetrid on: mo, v, n, po, E. Olulisem aine ehituse ja aines asetleidvate protsesside mõistmise seisukohalt. 3 Ideaalne gaas : 1) molekulid on punktmassid 2) molekulide põrked anuma seintega on elastsed 3) molekulide vahel ei ole vastastikmõjusid, puuduvad tõmbe ja tõukejõud. · Gaasi rõhk tekib molekulide põrgetest vastu anuma seina. Gaasi rõhk anuma seinale sõltub ajaühikus seinale üleantavast impulsi muudust.
koosnemist osakestest, nimetatakse makroparameetriteks: (m, p, V, T, , t.) p, V, T – olekuparameetrid, mis määravad gaasi oleku. Kui üks parameeter muutub, peavad ka teised muutuma. Olek ei tähenda mitte vedel, gaasiline, tahke, vaid p, V, T kindlaid väärtusi. Olulisem praktiliste ülesannete lahendamise juures. Mikrokäsitlus – eeldab aine koosnemist osakestest. Mikroparameetrid ei ole vahetult mõõdetavad vaid määratakse makroparameetrite kaudu. Mikroparameetrid on: mo, v, n, po, E. Olulisem aine ehituse ja aines asetleidvate protsesside mõistmise seisukohalt. Ideaalne gaas : 1) molekulid on punktmassid 2) molekulide põrked anuma seintega on elastsed 3) molekulide vahel ei ole vastastikmõjusid, puuduvad tõmbe ja tõukejõud. Gaasi rõhk tekib molekulide põrgetest vastu anuma seina. Gaasi rõhk
koosnemist osakestest, nimetatakse makroparameetriteks: (m, p, V, T, , t.) p, V, T olekuparameetrid, mis määravad gaasi oleku. Kui üks parameeter muutub, peavad ka teised muutuma. Olek ei tähenda mitte vedel, gaasiline, tahke, vaid p, V, T kindlaid väärtusi. Olulisem praktiliste ülesannete lahendamise juures. Mikrokäsitlus eeldab aine koosnemist osakestest. Mikroparameetrid ei ole vahetult mõõdetavad vaid määratakse makroparameetrite kaudu. Mikroparameetrid on: mo, v, n, po, E. Olulisem aine ehituse ja aines asetleidvate protsesside mõistmise seisukohalt. Ideaalne gaas : 1) molekulid on punktmassid 2) molekulide põrked anuma seintega on elastsed 3) molekulide vahel ei ole vastastikmõjusid, puuduvad tõmbe ja tõukejõud. Gaasi rõhk tekib molekulide põrgetest vastu anuma seina. Gaasi rõhk
järk: k = v/c2, seega analoogselt tuleb L/mol s. 6) Divesinikdioksiid laguneb veeks ja hapnikuks. Kui palju kulub aega,et antud kogus oksiidi laguneks 50 % ulatuses kui lagunemise kiiruskonstant on 5,6x 10 -2 s? Lagunemisreaktsioonid kulgevad üldiselt monomolekulaarse kiirusvõrrandi järgi, seda on näha ka kiiruskonstandi dimensioonist. 0,693/0,056 = 12 s. Mida ma pean oskama (kasutades käsiraamatuid): 1) teha keemiliste reaktsioonide materjali- ja energiabilansse, 2) määrata makroparameetrite mõju reaktsiooni tasakaalule, 3)arvutada vaba energia muudu järgi tasakaalukonstanti ja vastupidi, 4)osata kasutada 1. järku reaktsiooni kiirusvõrrandit. Lisa Näide metaani põlemisreaktsiooni soojusefekti arvutamisest tabelites antud aatomkombinatsioonide entalpiate abil CH4(g) + 2O2(g) CO 2(g) + 2H2O(g) – 1662 2(– 498,3) – 1609 2(– 926)
Gaasimolekulid liiguvad väga erinevate kiirustega. Põrkudes omavahel ning anuma seintega, muutuvad nii kiiruse väärtus kui ka liikumise suund pidevalt. Igas sekundis toimub ühe molekuliga umbes 10^9 põrget. 6. IDEAALSE GAASI OLEKUVÕRRAND. ISOPROTSESSIDE GRAAFIKUD. Ideaalse gaasi olekuvõrrandiks nim seost p=nkT, kus n on molekulide kontsentratsioon, k Boltzmanni konstant ja T gaasi absoluutne temperatuur. Ideaalse gaasi olekuvõrrandi saab esitada ka ainult makroparameetrite abil: pV=m/M*RT, kus m on gaasikoguse mass, M molaarmass, R universaale gaasikonstant 8,31 J/(mol*K), T gaasi absoluutne temp. p const V f (T ) 1. ehk isobaariline protsess ehk Gay-Lussac’i seadus, mida kirjeldab seos V1 V2 V const T1 T2 T 14
rõhu väärtuse korral võtta uue asendi. Faasiüleminekuteks on ka näiteks raua üleminek magneetuvast olekust mittemagneetuvaks kui temperatuur tõuseb kõrgmela nn Curie punktist; üleminek ülijuhtivasse faasi, kus ainel puudub elektriline takistus elektronide (rühma kui terviku) omaduste modifitseerumise tõttu; heeliumi üleminek ülivoolavuse faasi jne. 1) faasiüleminekud, mille toimumise ajal konstantsete makroparameetrite korral (konstantse rõhu, temperatuuri korral) eraldub või neeldub soojust ning olekuparameetrid muutuvad hüppeliselt. Näiteks sulamise korral eraldub soojust ning tihedus muutub hüppeliselt. 2) faasiüleminekud ilma soojuse neeldumise ning eraldumiseta, olekuparameetrid muutuvad seejuures pidevalt. Teisalt võivad muutuda (muutuvad) hüppeliselt nende olekuparameetrite tuletised rõhu, temperatuuri järgi.
normaaltingimustel tunduvalt molekulide mõõtmeid, kuid molekulidevaheliste tõmbejõudude mõjuulatus on samas suurusjärgus molekulide mõõtmetega. Sarnaselt esimese eeldusega ei saa seda samuti rakendada väga tugevasti kokku surutud gaasi korral. Järelikult – ideaalset gaasi teooriat võib rakendada küllaltki täpselt näiteks normaalrõhul 10 5 Pa ja normaaltemperatuuril 300K. Ideaalse gaasi teooria eesmärgiks on määrata seosed gaasi iseloomustavate makroparameetrite (rõhk, ruumala, temperatuur) vahel ja põhjendada neid seoseid gaasi molekulaarsest ehitusest lähtudes. Ideaalse gaasi teooria arendatakse välja ühelt poolt molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandit, teiselt poolt gaasimolekulide kineetilise energia ning gaasi temperatuuri vahelist seost kasutades. 9.3 Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand võimaldab välja arvutada gaasi rõhku, mis on
annaabi.ee 
