Ruch ruchomy średnio browarny

ZASTOSOWANIE GAZÓW, CIEC I STAŁÓW do modelowania cząsteczek trzech stanów materii, opisujących, wyjaśniające właściwości gazów, cieczy i ciał stałych. Doc Browns Chemistry KS4 science GCSEIGCSE Notatki rewizyjne Porównanie właściwości gazy, cieczy i substancji stałych of Matter gasliquidsolid revision notes Część 1 Model cząstek kinetycznych oraz opis i wyjaśnienie właściwości gazów, cieczy i ciał stałych, zmiany stanu i rozwiązania (sekcje od 1a do 3d) Powinieneś wiedzieć, że trzy stany materii są stałe, ciekłe i gazowe. Topienie i zamrażanie odbywa się w punkcie topnienia, gotowanie i kondensacja odbywa się w punkcie wrzenia. Trzy stany materii można przedstawić za pomocą prostego modelu, w którym cząstki są reprezentowane przez małe, srebrne kule. Teoria cząstek może pomóc wyjaśnić topnienie, gotowanie, zamrażanie i kondensację. Ilość energii potrzebnej do zmiany stanu z ciał stałych na ciecz i z cieczy na gaz zależy od siły sił między cząstkami substancji i natury zaangażowanych cząstek, w zależności od rodzaju wiązania i struktury substancji. Im silniejsze siły między cząstkami, tym wyższa temperatura topnienia i temperatura wrzenia substancji. Szczegółowe informacje znajdują się w uwagach na temat struktury i klejenia. Fizyczny stan, jaki przyjmuje materiał, zależy od jego struktury, temperatury i ciśnienia. Symbole stanów używane w równaniach: (g) gaz (l) ciecz (wodny) roztwór wodny (roztwory) Stały roztwór wodny oznacza roztwór rozpuszczony w wodzie Większość diagramów cząsteczek na tej stronie to reprezentacje 2D ich struktury i stanu PRZYKŁADY TRZY FIZYCZNE STANY GAZÓW CIELNYCH, np mieszanina powietrza wokół nas (w tym tlen potrzebny do spalania) i pary wysokociśnieniowej w kotle i cylindry lokomotywy parowej. Wszystkie gazy w powietrzu są niewidoczne, ponieważ są bezbarwne i przezroczyste. Zauważ, że para, którą widzisz na zewnątrz czajnika lub lokomotywy parowej, to w rzeczywistości drobne kropelki wody powstałe z wyrzuconej pary, skraplającej się, gdy napotyka zimne powietrze, zmianę stanu gazu na ciecz (taki sam efekt przy tworzeniu mgły i mgły) . PŁYNY, np. woda jest najczęstszym przykładem, ale podobnie jak mleko, gorące masło, benzyna, olej, rtęć lub alkohol w termometrze. SOLIDY np. kamień, wszystkie metale w temperaturze pokojowej (z wyjątkiem rtęci), guma butów do chodzenia i większość obiektów fizycznych wokół ciebie. W rzeczywistości większość obiektów jest bezużyteczna, o ile nie mają one stałej struktury. Na tej stronie podstawowe fizyczne właściwości gazów, cieczy i ciał stałych są opisane w kategoriach struktury, ruchu cząstek (kinetyczna teoria cząstek), skutków zmian temperatury i ciśnienia oraz modeli cząstek używane do wyjaśnienia tych właściwości i cech. Miejmy nadzieję, że teoria i fakt dorównają uczniom, aby dobrze zrozumieć otaczający je świat materialny pod względem gazów, cieczy i ciał stałych określanych jako trzy stany fizyczne materii. Zmiany stanu znane jako topienie, stapianie, gotowanie, odparowywanie, kondensowanie, upłynnianie, zamrażanie, krzepnięcie, krystalizacja są opisane i objaśnione zdjęciami modelu cząstek, aby pomóc w zrozumieniu. Istnieje również wzmianka o mieszalnych i nie mieszających się cieczach i wyjaśnienie terminów lotnych i lotności po zastosowaniu na ciecz. Te notatki dotyczące stanu rzeczy powinny okazać się przydatne na nowych kursach chemii AQA, Edexcel i OCR GCSE (91). Subindeks dla części I sekcji (ta strona): 1.1. Trzy stany materii, modele teorii cząsteczek gazów gazowych Trzy stany materii są stałe, ciekłe i gazowe. Topienie i zamrażanie może odbywać się w punkcie topnienia, podczas gdy wrzenie i skraplanie ma miejsce w punkcie wrzenia. Odparowanie może mieć miejsce w dowolnej temperaturze od powierzchni cieczy. Możesz reprezentować trzy stany materii za pomocą prostego modelu cząsteczkowego. W tych modelach diagramy cząstki są reprezentowane przez małe, stałe sfery (struktura elektronów jest ignorowana). Teoria cząstek kinetycznych może pomóc wyjaśnić zmiany stanu, takie jak topienie, gotowanie, zamrażanie i kondensowanie. Ilość energii potrzebnej do zmiany stanu z ciał stałych na ciecz lub z cieczy na gaz zależy od siły sił między cząstkami substancji. Siły te mogą być stosunkowo słabymi siłami międzycząsteczkowymi (wiązanie międzycząsteczkowe) lub silnymi wiązaniami chemicznymi (jonowymi, kowalencyjnymi lub metalicznymi). Charakter cząstek zależy od rodzaju wiązania chemicznego i struktury substancji. Im silniejsze siły przyciągania pomiędzy cząstkami, tym wyższa temperatura topnienia i temperatura wrzenia substancji CO TO TRZECH STANY MATERII Większość materiałów można po prostu opisać jako gaz, ciecz lub ciało stałe. DLACZEGO TAK, JAK SĄ SĄ TO? Wystarczy wiedzieć, że nie wystarczy, potrzebujemy kompleksowej teorii gazów, która może wyjaśnić ich zachowanie i przewidzieć, co się stanie, np. jeśli zmienimy temperaturę lub ciśnienie. W JAKI SPOSÓB MOŻEMY WYJAŚNIĆ W JAKI SPOSÓB ZACHOWAĆ Potrzebujemy teoretycznego modelu, np. teorię cząstek popartą dowodami eksperymentalnymi. MOŻLIWE MODELE CZĄSTEK STAŁYCH POMOC NAM DO ZROBIENIA ICH WŁAŚCIWOŚCI I CHARAKTERYSTYKI DLACZEGO WARTO WIEDZIEĆ O WŁAŚCIWOŚCIACH GAZÓW, PŁYNÓW I CIEKŁEŃ Ważne jest, aby w przemyśle chemicznym wiedzieć o zachowaniu się gazów, cieczy i ciał stałych w procesach chemicznych, np. co dzieje się z różnymi stanami ze zmianami temperatury i ciśnienia. Co to jest KATETYCZNA TEORIA CZĘŚCI Gazy, ciecze i ciała stałe Teoria kinetycznych stanów materii opiera się na idei wszystkich materiałów istniejących jako bardzo bardzo małe cząstki, które mogą być pojedynczymi atomami lub cząsteczkami i ich wzajemnym oddziaływaniem. przez kolizję w gazach lub cieczach lub przez wibracje i wiązania chemiczne w ciałach stałych. CZY MOGAMY PRZEWIDYWAĆ OPARTE NA WŁASNYCH WŁAŚCIWOŚCICH CHARAKTERYSTYCZNYCH Ta strona przedstawia ogólne fizyczne opisy substancji na najprostszym fizycznym (niechemicznym) poziomie klasyfikacji, tj. Czy jest to gaz, ciecz lub ciało stałe. ALE niniejsza strona internetowa wprowadza również modele cząstek, w których małe kółko reprezentuje atom lub cząsteczkę, tj. Konkretną cząstkę lub najprostszą jednostkę substancji. Ta sekcja jest dość abstrakcyjna w pewnym sensie, ponieważ mówimy o cząstkach, których nie można zobaczyć jako pojedynczych, po prostu o sypkim materiale, jego fizycznym charakterze i właściwościach. Czy istnieją ograniczenia modeli cząsteczek? Cząstki są traktowane jako proste nieelastyczne kule i po prostu zachowują się jak małe kulki snookera latające dookoła, nie do końca prawdziwe, ale latają w kółko przypadkowo non-stop Chociaż cząstki są uważane za twarde kule i nieelastyczne W rzeczywistości są one wszelkiego rodzaju kształtami, skręcają i wyginają się w kolizji z innymi cząsteczkami, a kiedy reagują, dzielą się na fragmenty, gdy pękają wiązania. Prosty model nie zakłada żadnych sił między cząstkami, nieprawda, model w niewielkim stopniu uwzględnia siły między cząsteczkami, nawet w gazach uzyskuje się bardzo słabe siły międzycząsteczkowe. Model cząstek nie bierze pod uwagę rzeczywistego rozmiaru cząstek, np. cząsteczki jonów mogą mieć różną wielkość np. porównać cząsteczkę etenu z cząsteczką poli (etenu) Przestrzenie między cząsteczkami CO TO JEST GASTRONNY STAN MATERII JAKIE SĄ WŁAŚCIWOŚCI GAZU JAK ZACHOWUJĄ GAZOWY CZĘŚCI CZĘŚCI Jak teoria kinetyczna cząstek wyjaśnia właściwości gazów A nie ma ustalonego kształtu ani objętości, ale zawsze rozprzestrzenia się, aby wypełnić dowolny pojemnik - cząsteczki gazu rozproszą się na dowolną dostępną przestrzeń. Nie ma prawie żadnych sił przyciągania między cząstkami, więc są całkowicie wolne od siebie. Cząstki są szeroko rozmieszczone i rozproszone w szybkim ruchu losowym w całym pojemniku, więc nie ma porządku w systemie. Cząstki poruszają się liniowo i szybko we wszystkich kierunkach. i często zderzają się ze sobą iz bokiem kontenera. Zderzenie cząstek gazu z powierzchnią pojemnika powoduje ciśnienie gazu. podskakując z powierzchni, wywierają na to siłę. Wraz ze wzrostem temperatury. cząstki poruszają się szybciej, gdy uzyskują energię kinetyczną. Szybkość zderzeń między samymi cząstkami a powierzchnią pojemnika wzrasta, a to zwiększa ciśnienie gazu, np. w lokomotywie parowej lub objętości pojemnika, jeśli może on się rozszerzać, np. jak balon. Gazy mają bardzo niską gęstość (światło), ponieważ cząstki są tak rozmieszczone w pojemniku (objętość masy objętościowej). Kolejność gęstości: stałe gazy płynne gazy gtgtgt Gazy swobodnie przepływają, ponieważ nie ma skutecznych sił przyciągania pomiędzy cząsteczkami cząsteczek gazowych. Łatwość uporządkowania przepływu. gazy gt ciecze ciał stałych gtgtgt (brak rzeczywistego przepływu w ciałach stałych, chyba że je sproszkowałeś) Z tego powodu gazy i ciecze są określane jako płyny. Gazy nie mają powierzchni. i bez ustalonego kształtu lub objętości. a z powodu braku przyciągania cząsteczek, zawsze rozkładają się i wypełniają dowolny pojemnik (dzięki czemu objętość objętościowa objętości gazu). Gazy są łatwo kompresowane z powodu pustej przestrzeni między cząstkami. Łatwość porządku kompresji. gazy i ciecze gazy stałe (prawie niemożliwe do ściskania ciała stałego) Ciśnienie gazu Gdy gaz jest zamknięty w pojemniku, cząstki będą powodowały i wywierają ciśnienie gazu, które jest mierzone w atmosferach (atm) lub paskalach (1,0 Pa 1,0 Nm 2), ciśnienie jest siłą siły, tj. efekt wszystkich zderzeń na powierzchni pojemnika. Ciśnienie gazu jest spowodowane siłą wytworzoną przez miliony uderzeń maleńkich pojedynczych cząstek gazu na bokach pojemnika. Na przykład, jeśli liczba cząstek gazowych w pojemniku jest podwojona, ciśnienie gazu jest podwojone, ponieważ podwojenie liczby cząsteczek podwaja liczbę uderzeń na bok pojemnika, tak że całkowita siła uderzenia na jednostkę powierzchni jest również podwojona. To podwojenie uderzeń cząstek podwajających ciśnienie jest przedstawione na dwóch poniższych wykresach. Jeśli objętość zamkniętego pojemnika utrzymuje się na stałym poziomie, a gaz wewnątrz ogrzewa się do wyższej temperatury, ciśnienie gazu wzrasta. Powodem tego jest to, że gdy cząsteczki są ogrzewane, uzyskują energię kinetyczną i średnio poruszają się szybciej. Dlatego zderzają się z bokami pojemnika z większą siłą uderzenia. więc zwiększając ciśnienie. Występuje również większa częstotliwość zderzenia ze ściankami pojemnika, ALE jest to niewielki czynnik w porównaniu do efektu zwiększonej energii kinetycznej i wzrostu średniej siły uderzenia. Dlatego ustalona ilość gazu w zamkniętym pojemniku o stałej objętości, im wyższa temperatura, tym większe ciśnienie, a im niższa temperatura tym mniejsze ciśnienie. Aby uzyskać obliczenia temperatury ciśnienia gazu, patrz część 2 ustawy o zakazie ładowania śmieci Jeśli objętość pojemnika może się zmienić, gazy łatwo rozszerzają się podczas ogrzewania z powodu braku przyciągania cząstek i łatwo ulegają ochłodzeniu. Podczas ogrzewania cząstki gazu zyskują energię kinetyczną. poruszaj się szybciej i częściej uderzaj w boki pojemnika. i znacznie, trafiają z większą siłą. W zależności od sytuacji w pojemniku, ciśnienie lub objętość wzrastają (lub odwrotnie przy chłodzeniu). Uwaga: Jest to objętość gazu, która rozszerza NIE cząsteczki, pozostają one w tym samym rozmiarze. Jeśli nie ma ograniczenia objętościowego, rozszerzanie się ogrzewania jest znacznie większe dla gazów niż dla cieczy lub ciał stałych, ponieważ nie ma znaczącego przyciągania między cząstkami gazowymi. Zwiększona przeciętna energia kinetyczna spowoduje wzrost ciśnienia gazu, a zatem gaz będzie próbował zwiększyć objętość, jeśli pozwoli na to np. balony w ciepłym pomieszczeniu są znacznie większe niż ten sam balon w zimnym pomieszczeniu. Dla obliczeń objętości wolumetrycznej gazów patrz część 2 ustawy CharlessGayLussacs DIFFUZJA w gazach: Naturalny szybki i losowy ruch cząstek we wszystkich kierunkach oznacza, że ​​gazy łatwo się rozprzestrzeniają lub rozpraszają. Ruch netto określonego gazu będzie w kierunku od niższego stężenia do wyższego stężenia, w dół tak zwanego gradientu dyfuzji. Diagnozowanie trwa do momentu, w którym stężenia będą równomierne w całym zbiorniku gazów, ale WSZYSTKIE cząstki będą poruszać się z ich zawsze obecną energią kinetyczną Dyfuzja jest szybsza w gazach niż cieczach, gdzie jest więcej miejsca dla nich ruchu (eksperyment zilustrowany poniżej) i dyfuzja jest pomijalne w ciałach stałych ze względu na ścisłe upakowanie cząstek. Dyfuzja jest odpowiedzialna za rozprzestrzenianie się nieprzyjemnych zapachów nawet bez zakłóceń powietrza, np. używanie perfum, otwieranie słoika z kawą lub zapach benzyny wokół garażu. Szybkość dyfuzji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, gdy cząstki zyskują energię kinetyczną i poruszają się szybciej. Inne dowody na przypadkowy ruch cząstek, w tym dyfuzję. Kiedy cząstki dymu są oglądane pod mikroskopem, wydają się tańczyć dookoła, gdy są oświetlone wiązką światła w punkcie 90 o względem kierunku patrzenia. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki dymu ukazują się dzięki odbijaniu światła i tańcowi dzięki milionom przypadkowych trafień z szybko poruszających się cząsteczek powietrza. Nazywa się to ruchem Browna (patrz poniżej w cieczach). W dowolnym momencie uderzenia nie będą równe, więc cząsteczka dymu otrzyma większe uderzenie w przypadkowym kierunku. Doświadczenie z dyfuzją dwóch cząsteczek gazowych zilustrowano powyżej i wyjaśniono poniżej. Długa szklana rurka (średnica 24 cm) jest wypełniona na jednym końcu czopem waty nasączonym stęż. kwas chlorowodorowy uszczelniony gumowym korkiem (dla zdrowia i bezpieczeństwa), a rura pozostaje idealnie nieruchoma, zaciśnięta w pozycji poziomej. Podobny korek stęż. roztwór amoniaku jest umieszczony na drugim końcu. Nasączone waty waty wydzielają odpowiednio opary HCl i NH3, a jeśli rura pozostaje nienaruszona i pozioma, pomimo braku ruchu rurki, np. Bez wytrząsania w celu wymieszania i braku konwekcji biała chmura tworzy około 1 3 r. Wraz ze stężeniem. koniec rury kwasu solnego. Opis: Zdarza się bezbarwne gazy, amoniak i chlorowodór, rozpraszają się w rurze i reagują tworząc drobne białe kryształy chlorku amonu. chlorowodorek amoniaku chlorek amonu NH 3 (g) HCl (g) gt NH 4 Cl (s) Należy zwrócić uwagę na regułę: im mniejsza masa cząsteczkowa, tym większa średnia prędkość cząsteczek (ale wszystkie gazy mają taką samą średnią energię kinetyczną w tej samej temperaturze). Dlatego im mniejsza masa cząsteczkowa, tym szybciej dyfunduje gaz. na przykład M r (NH3) 14 1x3 17. porusza się szybciej niż M r (HCl) 1 35,5 36,5 I dlatego spotykają się bliżej końca HCl tuby. Eksperyment jest więc nie tylko dowodem na ruch cząsteczki. jest to również dowód na to, że cząsteczki różnych mas cząsteczkowych poruszają się z różnymi prędkościami. Matematyczne traktowanie patrz prawo dyfuzji Grahama Kolorowy gaz, cięższy od powietrza (większa gęstość), umieszczany jest w dolnym słoju gazu, a nad nim umieszczony jest drugi słoik gazu o niższej gęstości bezbarwnego powietrza oddzielony szklaną pokrywą. Eksperymenty dyfuzyjne powinny być zamknięte w stałej temperaturze, aby zminimalizować zakłócenia konwekcyjne. Jeśli szklana pokrywa zostanie usunięta, wówczas (i) bezbarwne gazy powietrza będą dyfundować w dół do kolorowego brązowego gazu i (ii) brom dyfunduje do powietrza. Losowy ruch cząstek prowadzący do mieszania nie może wynikać z konwekcji, ponieważ bardziej gęsty gaz zaczyna się od dna. Nie wymaga wstrząsania ani innych metod mieszania. Losowy ruch obu partii cząstek jest wystarczający, aby zapewnić, że oba gazy ostatecznie zostaną całkowicie zmieszane przez dyfuzję (rozprowadzone do siebie). Jest to wyraźny dowód na dyfuzję ze względu na losowy ciągły ruch wszystkich cząstek gazu i początkowo ruch sieciowy jednego rodzaju cząstek od wyższego do niższego stężenia (w dół gradientu dyfuzji). Po całkowitym wymieszaniu nie obserwuje się dalszego rozkładu zmiany barwy, ALE losowy ruch cząstek jest kontynuowany Zobacz także inne dowody w sekcji cieczy po modelu cząstek dla poniższego diagramu dyfuzji. Cząstkowy model dyfuzji w gazach. Wyobraź sobie gradient dyfuzji od lewej do prawej dla zielonych cząsteczek dodanych do niebieskich cząstek po lewej stronie. Tak więc, dla zielonych cząstek, migracja netto jest od lewej do prawej i będzie kontynuowana, w zamkniętym pojemniku, aż wszystkie cząstki będą równomiernie rozmieszczone w pojemniku z gazem (jak na zdjęciu). Dyfuzja jest szybsza w gazach w porównaniu do liquidsolutions, ponieważ pomiędzy cząstkami jest więcej miejsca, aby inne cząstki mogły się swobodnie poruszać. Po ogrzaniu ciała stałego cząstki wibrują mocniej, gdy uzyskują energię kinetyczną, a siły przyciągania cząstek są osłabione. W końcu w punkcie topnienia. siły przyciągania są zbyt słabe, aby utrzymać cząstki w strukturze razem w uporządkowany sposób, a więc ciało stałe topi się. Zauważ, że siły międzycząsteczkowe wciąż istnieją, aby pomieścić razem masę cieczy, ale efekt nie jest wystarczająco silny, aby utworzyć uporządkowaną sieć krystaliczną ciała stałego. Cząstki mogą swobodnie się poruszać i tracić uporządkowane rozmieszczenie. Energia jest potrzebna, aby przezwyciężyć siły przyciągania i dać cząstkom zwiększoną energię kinetyczną wibracji. Tak więc ciepło jest odbierane z otoczenia, a topienie jest procesem endotermicznym (916H ve). Zmiany energii dla tych fizycznych zmian stanu dla szeregu substancji omówiono w części notatek energetycznych. Objaśnienie za pomocą teorii cząstek kinetycznych cieczy i ciał stałych Podczas chłodzenia cząstki cieczy tracą energię kinetyczną, dzięki czemu mogą się silniej przyciągać do siebie. Gdy temperatura jest dostatecznie niska, energia kinetyczna cząstek jest niewystarczająca, aby zapobiec powstawaniu sił przyciągających cząstki powodujących tworzenie się ciała stałego. Ostatecznie w punkcie zamarzania siły przyciągania są wystarczające, aby usunąć wszelką pozostającą swobodę ruchu (w kategoriach jednego miejsca do drugiego), a cząstki łączą się, tworząc uporządkowany stały układ (chociaż cząstki wciąż mają wibracyjną energię kinetyczną. musi być usunięty do otoczenia, tak dziwne, jak może się wydawać, zamrożenie jest procesem egzotermicznym (916H ve). Porównawcze zmiany energii stanu zmiany gazu ciekłego w postaci ciała stałego 2f (i) Krzywa chłodzenia Co dzieje się z temperaturą substancji jeśli jest schłodzony ze stanu gazowego do stanu stałego Należy pamiętać, że temperatura pozostaje stała podczas zmian stanu skraplania w temperaturze Tc i zamarzania w temperaturze Tf. Dzieje się tak dlatego, że cała energia cieplna jest usuwana podczas chłodzenia w tych temperaturach (utajone nagrzewanie lub entalpie zmiany stanu), umożliwia wzmocnienie sił międzycząstkowych (wiązanie międzycząsteczkowe) bez spadku temperatury. d przez egzotermiczny wzrost siły przyciągania międzycząsteczkowego. Pomiędzy poziomymi odcinkami zmiany stanu wykresu widać, że usuwanie energii zmniejsza energię kinetyczną cząstek, obniżając temperaturę substancji. Szczegółowy opis zmian stanu znajduje się w sekcji 2. Krzywa chłodzenia podsumowuje zmiany: w przypadku każdej zmiany stanu energia musi zostać usunięta. znany jako utajone ciepło. Rzeczywiste wartości energii dla tych fizycznych zmian stanu dla szeregu substancji zostały omówione bardziej szczegółowo w Notach Energetycznych. 2f (ii) Krzywa grzewcza. Co dzieje się z temperaturą substancji, jeśli jest ona ogrzewana ze stanu stałego do stanu gazowego. Zauważ, że temperatura pozostaje stała podczas zmian stanu topnienia w temperaturze Tm i wrzenia w temperaturze Tb. Dzieje się tak dlatego, że cała energia pochłonięta podczas ogrzewania w tych temperaturach (utajone nagrzewanie lub entalpie zmiany stanu) przechodzi w osłabienie sił międzycząsteczkowych (wiązanie międzycząsteczkowe) bez wzrostu temperatury. Zysk cieplny jest równy absorbowanej energii endotermicznej, niezbędnej do zmniejszenia sił międzycząsteczkowych. . Pomiędzy poziomymi odcinkami zmiany stanu wykresu widać, że energia wejściowa zwiększa energię kinetyczną cząstek i podnosi temperaturę substancji. Szczegółowy opis zmian stanu znajduje się w sekcji 2. Krzywa grzewcza podsumowuje zmiany: dla każdej zmiany stanu należy dodać energię. znany jako utajone ciepło. Rzeczywiste wartości energii dla tych fizycznych zmian stanu dla szeregu substancji zostały omówione bardziej szczegółowo w Notach Energetycznych. SPECYFICZNE PODGRZEWACZE Ciepło utajone dla stanu powoduje, że stała ciecz jest nazywana specjalnym utajonym ciepłem topnienia (do topienia lub zamrażania). Ciepło utajone dla stanu zmienia płynny gaz nazywa się specjalnym utajonym ciepłem parowania (do skraplania, parowania lub wrzenia). Więcej o utajonym cieple patrz moje uwagi fizyki na temat określonego ciepła utajonego Wyjaśnienie z wykorzystaniem teorii cząstek kinetycznych gazów i ciał stałych gdy substancja stała po podgrzaniu przechodzi bezpośrednio w gaz bez topienia, a gaz po schłodzeniu przekształca substancję stałą bezpośrednio, bez kondensacji do cieczy. Sublimacja zwykle wymaga fizycznej zmiany, ALE jej nie zawsze jest tak prosta (patrz: chlorek amonu). Teoria w kategoriach cząstek. Po ogrzaniu ciała stałego cząstki wibrują ze wzrostem siły z dodatkowej energii cieplnej. Jeśli cząstki mają wystarczającą energię kinetyczną wibracji, aby częściowo przezwyciężyć cząstkowe siły przyciągania, można się spodziewać stopienia ciała stałego. JEDNAKŻE, jeśli cząsteczki w tym punkcie mają wystarczającą energię w tym punkcie, który doprowadziłby do wrzenia, ciecz NIE uformuje się i ciało stałe zamieni się bezpośrednio w gaz. Ogólna zmiana endotermiczna. energia pochłonięta i pobrana do układu. Podczas chłodzenia cząstki poruszają się wolniej i mają mniej energii kinetycznej. W końcu, gdy energia kinetyczna cząstek jest wystarczająco niska, pozwoli to jednostkom przyciągającym cząstki wytwarzać ciecz. ALE energia może być wystarczająco niska, aby umożliwić bezpośrednie tworzenie ciała stałego, tj. Cząstki NIE mają wystarczającej energii kinetycznej, aby utrzymać stan ciekły Ogólna zmiana egzotermiczna. energia uwalniana i wydatkowana w otoczeniu. Nawet w temperaturze pokojowej butelki z kryształami stałego jodu tworzą się w górnej części butelki nad ciałem stałym. Im cieplejsze jest laboratorium, tym więcej kryształów powstaje, gdy chłodzi się w nocy. Jeśli delikatnie podgrzejesz jod w probówce, zobaczysz, że jod łatwo wysublimowuje się i rekrystalizuje na chłodnej powierzchni w pobliżu górnej części probówki. Tworzenie się określonej postaci szronu wiąże się z bezpośrednim zamarznięciem pary wodnej (gazu). Mróz może również odparować bezpośrednio do pary wodnej (gazu) i dzieje się to w suche i wyjątkowo mroźne zimy na pustyni Gobi w słoneczny dzień. H 2 O (H) H 2 O (g) (tylko zmiana fizyczna) Stały dwutlenek węgla (suchy lód) powstaje przy schładzaniu gazu do temperatury poniżej 78 o C. Po ogrzaniu przechodzi bezpośrednio w bardzo zimny gaz. skraplając parę wodną w powietrzu do mgły, stąd jej wykorzystanie w efektach scenicznych. CO 2 (s) CO 2 (g) (tylko zmiana fizyczna) Przy silnym ogrzewaniu w probówce, biały stały chlorek amonu. rozkłada się do mieszaniny dwóch bezbarwnych gazów amoniaku i chlorowodoru. Po ochłodzeniu reakcja jest odwrócona, a stały chlorek amonu reformuje się na niższej górnej powierzchni probówki testowej. Chlorowodorek amonu Chlorowodór amonowy zawiera zarówno zmiany chemiczne, jak i fizyczne i jest bardziej skomplikowany niż w przykładach 1. do 3. W rzeczywistości jonowe kryształy chlorku amonowego przekształcają się w kowalencyjny amoniak i gazy chlorowodoru, które są naturalnie znacznie bardziej lotne ( substancje kowalencyjne na ogół mają znacznie niższe temperatury topnienia i wrzenia niż substancje jonowe). Obraz cząsteczki cieczy nie ma tu miejsca, ale inne modele w pełni stosują się niezależnie od zmian stanu związanych z tworzeniem się cieczy. Model cząstek GAS i łącza modeli cząstek stałych SOLID. PROSZĘ ZWRACAĆ UWAGĘ Na wyższym poziomie studiów. musisz zbadać wykres fazowy gls dla wody i krzywej prężności par lodu w poszczególnych temperaturach. Na przykład, jeśli ciśnienie pary w atmosferze jest mniejsze niż ciśnienie prężności pary w temperaturze lodu, można łatwo przeprowadzić sublimację. Śnieg i lód w chłodniejszych regionach pustyni Gobi nie topnieją w słońcu, po prostu powoli znikają 2 godziny. Więcej o zmianach cieplnych w fizycznych zmianach stanu Zmiany stanu fizycznego, tj. Ciekłego gazu w stanie stałym, towarzyszą również zmianom energii. Aby stopić substancję stałą lub boileodparować ciecz, energia cieplna musi zostać pochłonięta lub odebrana z otoczenia, więc są to endotermiczne zmiany energii. System jest ogrzewany w celu przeprowadzenia tych zmian. Aby skroplić gaz lub zamrozić ciało stałe, energia cieplna musi zostać usunięta lub oddana do otoczenia, więc są to egzotermiczne zmiany energii. System jest chłodzony w celu przeprowadzenia tych zmian. Mówiąc ogólnie, im większe są siły między cząstkami, tym większa jest energia potrzebna do przeprowadzenia zmiany stanu ORAZ im wyższa temperatura topnienia i temperatura wrzenia. Porównanie energii potrzebnej do stopienia lub wrzenia różnych rodzajów substancji (Jest to bardziej zaawansowane dla studentów poziomu) Zmiana energii cieplnej związana ze zmianą stanu może być wyrażona w kJmol substancji dla sprawiedliwego porównania. W poniższej tabeli 916H topi się energia potrzebna do stopienia 1 mola substancji (masa receptury wg). 916H vap to energia potrzebna do odparowania przez odparowanie lub gotowanie 1 mola substancji (masa receptury wg). W przypadku prostych małych cząsteczek kowalencyjnych energia pochłonięta przez materiał jest stosunkowo niewielka, aby stopić lub odparować substancję, a im większa jest ta cząsteczka, tym większe są siły międzycząsteczkowe. Siły te są słabe w porównaniu do wiązań chemicznych utrzymujących atomy razem w samej cząsteczce. Potrzebne są względnie niskie energie, aby je stopić lub odparować. Substancje te mają względnie niskie temperatury topnienia i temperatury wrzenia. Do silnie wiązanych sieci 3D, np. (iii) i metalowa sieć jonów i wolnych zewnętrznych elektronów (m etalowe wiązanie), struktury są znacznie silniejsze w sposób ciągły ze względu na ciągłe chemiczne wiązanie w całej strukturze. Konsekwentnie, do stopienia lub odparowania materiału wymagane są znacznie większe energie. Właśnie dlatego mają one o wiele wyższe temperatury topnienia i temperatury wrzenia. Rodzaj wiązania, struktura i siły przyciągania działające Temperatura topnienia K (kelwin) o C 273 Energia potrzebna do stopienia substancji Temperatura wrzenia K (kelwin) o C 273 Energia potrzebna do zagotowania substancji 3a. CO SIĘ STAJE SIĘ CZĄSTECZKAMI, JEŚLI SOLIDNE ROZWIĄZUJE W CIEKŁYM ROZPUSZCZALNIKU Co oznaczają słowa SOLVENT, SOLUTE i SOLUTION Kiedy substancja stała (substancja rozpuszczona) rozpuszcza się w cieczy (rozpuszczalniku), powstałą mieszaninę nazywa się roztworem. Na ogół: rozpuszczony roztwór rozpuszczonego gD Tak więc, substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku, rozpuszczalnik jest cieczą, która rozpuszcza rzeczy, a roztwór jest wynikiem rozpuszczania czegoś w rozpuszczalniku. Ciało stałe traci całą swoją regularną strukturę, a poszczególne stałe cząstki (cząsteczki lub jony) są teraz całkowicie wolne od siebie i losowo mieszają się z oryginalnymi cząstkami cieczy, a wszystkie cząstki mogą poruszać się losowo. Opisano rozpuszczanie soli w wodzie, rozpuszczanie cukru w ​​herbacie lub wosku w rozpuszczalniku węglowodorowym, takim jak benzyna lakowa. Zazwyczaj nie wymaga reakcji chemicznej, więc jest to na ogół przykład fizycznej zmiany. Niezależnie od zmian objętości stałej cieczy, w porównaniu do ostatecznego rozwiązania, nadal obowiązuje prawo zachowania masy. Oznacza to: masę stałej substancji rozpuszczonej ciekłej masy rozpuszczalnika roztworu po zmieszaniu i rozpuszczeniu. Nie możesz stworzyć masy lub stracić masy. ale po prostu zmień masę substancji w inną formę. Jeśli rozpuszczalnik zostanie odparowany. następnie ciało stałe jest reformowane, np. jeśli roztwór soli zostanie pominięty przez dłuższy czas lub delikatnie ogrzany w celu przyspieszenia procesu, ostatecznie powstają kryształy soli, proces ten nazywa się krystalizacją. 3b. CO SIĘ STAJE SIĘ CZĘŚCIOM, KTÓRE DWA PŁÓCINIE CAŁKOWICIE MIESZAĆ ZE WSZYSTKIM INNYMI CO SŁUŻY SIĘ DO WIDZENIA NIEZBĘDNE Wykorzystanie modelu cząsteczkowego do wyjaśnienia mieszalnych cieczy. Jeśli dwie ciecze całkowicie mieszają się pod względem swoich cząstek, nazywa się je mieszalnymi cieczami, ponieważ w pełni rozpuszczają się one w sobie. Zostało to pokazane na poniższym diagramie, gdzie cząstki całkowicie mieszają się i poruszają losowo. Proces można odwrócić za pomocą destylacji frakcjonowanej. 3c. CO DZIEJE SIĘ Z CZĘSTOTLIWOŚCIMI CZĘŚCI, GDY DWIE PŁYNY NIE MIESZAJĄ SIĘ ZE WSZYSTKIM INNYMI, CO SŁOWA NIEMOŻLIWE ZNACZY, DLACZEGO CIECZE NIE MIESZAJĄ SIĘ Używając modelu cząsteczek, aby wyjaśnić nie mieszalne płyny. Jeżeli obie ciecze NIE mieszają się. tworzą dwie oddzielne warstwy i są znane jako nie mieszające się ciecze, zilustrowane na poniższym schemacie, gdzie dolna purpurowa ciecz będzie bardziej gęsta niż górna warstwa zielonej cieczy. Można oddzielić te dwie ciecze za pomocą rozdzielacza. Powodem tego jest to, że interakcja pomiędzy cząsteczkami jednej z cieczy jest silniejsza niż oddziaływanie między dwiema różnymi cząsteczkami różnych cieczy. Na przykład siła przyciągania między cząsteczkami wody jest znacznie większa niż cząsteczek oleju napędowego lub cząsteczek ropy naftowej, więc tworzą się dwie oddzielne warstwy, ponieważ cząsteczki wody, pod względem zmiany energii, są faworyzowane poprzez sklejanie się ze sobą. 3d. Jak stosuje się lejek oddzielający 1. Mieszaninę umieszcza się w rozdzielaczu z korkiem i kurek zamyka się, a warstwy pozostawia do opadnięcia. 2. Zdejmuje się zatyczkę, a kurek otwiera się, aby ostrożnie uruchomić dolną szarą warstwę najpierw do zlewki. 3. Kran jest następnie ponownie zamknięty, pozostawiając górną warstwę żółtej cieczy, oddzielając dwie niemieszające się ciecze. Dodatek 1 niektóre proste zdjęcia cząsteczek ELEMENTÓW, ZWIĄZKÓW i MIESZANEK GCSEIGCSE wielokrotny wybór QUIZ na stanach gazów, cieczach i ciałach stałych Niektóre proste podstawowe ćwiczenia z nauki KS3 QCA 7G quotartarty model ciał stałych, cieczy i gazów, pytania wielokrotnego wyboru dla rewizji nauk o gazach , modele cząsteczek cieczy i ciał stałych, właściwości, wyjaśniające różnice między nimi. Zobacz także dla obliczeń gazowych przegląd chemii gcse bezpłatne szczegółowe uwagi na temat stanów rzeczy, aby pomóc rewizji chemii igcse Iglice chemii rewizji notatki na stany materii O rewizji chemii poziomu wolnego szczegółowe notatki na temat stanów materii, aby pomóc zmienić chemię gcse bezpłatne szczegółowe uwagi na stany ważne, aby pomóc w rewizji strony internetowej poświęconej chemii wolnej od poziomu O, aby pomóc w rewizji stanów materii dla bezpłatnej strony internetowej poświęconej chemii gcse, aby pomóc w rewizji stanów materii dla darmowej strony internetowej poświęconej chemii zabronionej, aby pomóc w rewizji stanów chemii substancji O, jak odnieść sukces w pytaniach dotyczących państw z materii dla chemii gcse, jak odnieść sukces w chemii igcse, jak odnieść sukces na poziomie chemii O, dobra strona internetowa na bezpłatne pytania na temat stanów materii, aby pomóc w przekazywaniu pytań z chemii gcse na stany sprawy, dobra strona internetowa za darmo, aby przekazać chemię igcse z notatki rewizyjne na temat stanów rzeczy, dobra strona internetowa, za darmo, aby przejść przez chemię poziomu O, jakie są trzy stany natury a diagram of the particle model diagram of a gas, particle theory of a gas, draw a particle model diagram of a liquid, particle theory of a liquid, draw a particle model diagram of a solid, particle theory of a solid, what is diffusion why can you have diffusion in gases and liquids but not in solids what are the limitations of the particle model of a gas liquid or solid how to use the particle model to explain the properties of a gas, what causes gas pressure how to use the particle model to explain the properties of a solid, how to use the particle model to explain the properties of a solid, why is a gas easily compressed but difficult to compress a liquid or solid how do we use the particle model to explain changes of state explaining melting with the particle model, explaining boiling with the particle model, explaining evaporation using the particle model, explaining condensing using the particle model, explaining freezing with the particle model, how do you read a thermometer wor king out the state of a substance at a particular temperature given its melting point and boiling point, how to draw a cooling curve, how to draw a heating curve, how to explain heatingcooling curves in terms of state changes and latent heat, what is sublimation what substances sublime explaining endothermic and exothermic energy changes of state, using the particle model to explain miscible and immiscible liquids GASES, LIQUIDS, SOLIDS, States of Matter, particle models, theory of state changes, melting, boiling, evaporation, condensing, freezing, solidifying, cooling curves, 1.1 Three states of matter: 1.1a gases, 1.1b liquids, 1.1c solids 2. State changes: 2a evaporation and boiling, 2b condensation, 2c distillation, 2d melting, 2e freezing, 2f cooling and heating curves and relative energy changes, 2g sublimation 3. Dissolving, solutions. miscibleimmiscible liquids Boiling Boiling point Brownian motion Changes of state Condensing Cooling curve Diffusion Dissolving Evaporation Freezing Freezing point Gas particle picture Heating curve Liquid particle picture Melting Melting point miscibleimmiscible liquids Properties of gases Properties of liquids Properties of solids solutions sublimation Solid particle picture GCSEIGCSE multiple choice QUIZ on states of matter gases liquids solids practice revision questions Revision notes on particle models and properties of gases, liquids and solids KS4 Science GCSEIGCSEO level Chemistry Information on particle models and properties of gases, liquids and solids for revising for AQA GCSE Science, Edexcel Science chemistry IGCSE Chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids OCR 21st Century Science, OCR Gateway Science notes on particle models and properties of gases, liquids and solids WJEC gcse science chemistry notes on particl e models and properties of gases, liquids and solids CIE O Level chemistry CIE IGCSE chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids CCEACEA gcse science chemistry (revise courses equal to US grade 8, grade 9 grade 10) science chemistry courses revision guides explanation chemical equations for particle models and properties of gases, liquids and solids educational videos on particle models and properties of gases, liquids and solids guidebooks for revising particle models and properties of gases, liquids and solids textbooks on particle models and properties of gases, liquids and solids state changes amp particle model for AQA AS chemistry, state changes amp particle model for Edexcel A level AS chemistry, state changes amp particle model for A level OCR AS chemistry A, state changes amp particle model for OCR Salters AS chemistry B, state changes amp particle model for AQA A level chemistry, state changes amp particle model for A level Edexcel A level c hemistry, state changes amp particle model for OCR A level chemistry A, state changes amp particle model for A level OCR Salters A level chemistry B state changes amp particle model for US Honours grade 11 grade 12 state changes amp particle model for pre-university chemistry courses pre-university A level revision notes for state changes amp particle model A level guide notes on state changes amp particle model for schools colleges academies science course tutors images pictures diagrams for state changes amp particle model A level chemistry revision notes on state changes amp particle model for revising module topics notes to help on understanding of state changes amp particle model university courses in science careers in science jobs in the industry laboratory assistant apprenticeships technical internships USA US grade 11 grade 11 AQA A level chemistry notes on state changes amp particle model Edexcel A level chemistry notes on state changes amp particle model for OCR A level chem istry notes WJEC A level chemistry notes on state changes amp particle model CCEACEA A level chemistry notes on state changes amp particle model for university entrance examinations describe some limitations of the particle model for gases, liquids and solidsThe temperature of a system is a measure of the average kinetic energy, the energy due to movement, of the particles in the system (the distinction between particles, molecules, and atoms will not be important in our discussion). In most systems the energy is just equal to a constant times the temperature. Since a higher kinetic energy means a higher velocity, its clear why the speed of diffusion increases with temperature: everything is moving faster (in the formula below, E is the kinetic energy, k Boltzmanns constant, T the temperature, m the mass, and v is the velocity). A heavy particle has a lower velocity for a given kinetic energy, or temperature. A large particle interacts more with its environment, which slows it down. Thus, heavy, large particles diffuse more slowly than light, small ones. The environment (the material the diffusing material is immersed in) is very important. Diffusion is most rapid in a gas (because molecules can travel a considerable distance before they hit another molecule, and even then they just bounce off), slower in a liquid (there is a lot of movement, but all molecules remain weakly tied to each other as they move), and very slow or sometimes zero in a solid (because the forces between molecules and atoms are so generally so large that there are only infrequent exchanges of position). Looking at many versus one A common task is the determination of the average value of some property in a system of many particles. The property might be velocity, energy, or whatever. If we are working with a computer simulation of the system, or are trying to derive a formula to calculate the average value of this property, there are two approaches for obtaining this average: gt at one point in time, look at the entire collection of particles (the ensemble), and compute the average of the property of interest over all the particles gt follow only one particle over a considerable time, and average the property of that particle over that time. Looking at one particle: Brownian Motion Robert Brown, in 1828, reported that pollen grains, when suspended in water and observed under the microscope, moved about in a rapid but very irregular fashion. In the eight decades between his description and the Ph. D. thesis of Albert Einstein in 1905, various scientists speculated about the cause of this motion. Some thought the motive power was the illumination used to see the particles in the microscope, some proposed electrical effects, and some even correctly guessed that the thermal motion, which was required by the kinetic theory of heat, was the cause. However, there was no general consensus, and little quantitative understanding of this phenomenon. I observe Brownian motion when I look at the fluorescent, polystyrene beads that are part of the DNA diagnostic we are developing at GeneVue. These particles are only 0.5 microns in diameter (0.0005 mm) but contain over 100,000 fluorescent dye molecules, and thus appear as a very bright circles. Since their density is close to that of water, they have little tendency of sink or float, and just sit there and do the thermal dance. You can see what I see by looking at this Java simulation: Can we see Brownian motion of a single molecule A molecule is generally much smaller than a polystyrene bead or a grain of pollen, and thus can not be seen in an ordinary light microscope. In such a microscope, objects are seen because they block some of the light that illuminates them from below (looking down on the object). If the object is smaller than 12 the wavelength of light, diffraction of light around the object eliminates most of the shadow it would otherwise cast, and we dont see it. However, when you see an object by virtue of the light that it emits, which is the case if the object is fluorescent, refraction no longer makes it invisible. Thus you can see individual DNA molecules when they are complexed with fluorescent dyes, even though they are not visible in a normal bright field microscope because the width of the DNA helix is much smaller than the wavelength of light. Thus, the answer to the question is yes. Einsteins contribution to our understanding of Brownian motion and diffusion Before Albert Einstein turned his attention to fundamental questions of relative velocity and acceleration, he published a series of papers, starting in 1905, on diffusion, viscosity, and the photoelectric effect that would have ensured him a considerable reputation even if he had not later created the Special and General Theories of Relativity. His papers on diffusion came from his Ph. D. thesis. Diffusion had been studied extensively by that time, but was described in a completely phenomalogical framework. Einsteins contributions were to propose: 1. that Brownian motion of particles was the basically the same process as diffusion. Thus we can use the same equations for Brownian motion and diffusion, even though we look directly at the Brownian motion of a large particle, but usually measure diffusion of small molecules by following changes in concentrations. 3. a formula for the diffusion coefficient of a substance in terms of the radius of the diffusing particles or molecules and other known parameters: D R T 6 pi N v r R is the gas constant (8 in SI units), T is the absolute temperature (300 K is room temp.) pi is 3.14159. N is the number of molecules in a mole (6 X E 23 ) v is the viscosity of the solvent ( 0.001 for water in SI units) r is the radius of the particle or molecule Impact of these equations Experimental observation confirmed the numerical accuracy of Einsteins theory. This means that we understand Brownian motion is just a consequence of the same thermal motion that causes a gas to exert a pressure on the container that confines it. We understand diffusion in terms of the movements of the individual particles, and can calculate the diffusion coefficient of a molecule if we know its size (or more commonly calculate the size of the molecule after experimental determination of the diffusion coefficient). Thus, Einstein connected the macroscopic process of diffusion with the microscopic concept of thermal motion of individual molecules. Not a bad Ph. D. thesis. Brownian motion of many particles is diffusion Thus we can model diffusion the same way we did the movement of a single particle, we just use more particles. In the following Java applet, we follow 16 objects as they diffuse above a surface. A second modification to the simulation is the superposition of a constant downward quotdrift velocityquot, which be can set to any value that pleases: While this simulation may seen just a toy, it can be used to study some interesting situations. However, in order to use it as a quantitative tool, you need more information . Calculating the changes in concentration as diffusion progresses Often we are not interested in the motion of individual particles, but rather in changes in a concentration profile with time. The two differential equations that describe bulk diffusion were known well before Einstein. The 1st law is essentially the definition of the diffusion coefficient. The 1st law plus conservation of mass gives the 2nd law. and solutions of this partial differential equation are the concentration profiles resulting from diffusion. Given the initial concentration profile, the 2nd law describes how the concentration at each position changes with time, and thus enables you to calculate the concentration profile at later times. In practice, finding the solutions of the 2nd law can be difficult. Even for simple initial concentrations, the solutions often must be expressed in terms of other quotstandard functionsquot, and the numerical values extracted from tables. Here we give solutions for two of the most simple cases: 1. At t 0 all the material is concentrated in a plane sheet at x 0, that is arbitrarily thin (and thus the concentration in the sheet is arbitrarily large). The solution is a Gaussian distribution which becomes lower and wider as time progresses. 2. At t 0 the concentration below the plane at x 0 is constant, above the plane it is 0. The solution is an quotSquot shaped profile, the integral of a series of Gaussian curves, which becomes wider with time. Diffusion of different sized objects The diffusion coefficient is inversely proportional to the radius of a particle, or the cube root of the volume. So, if the mass of one spherical particle is 8 fold greater than another, its diffusion coefficient is only 2 fold smaller. I have picked 7 chemicals, molecules, or objects (the distinction between these terms is not always clear) and calculated a (very) approximate radius (in nm), the diffusion coefficient (in SI units times 10 12 ) and the time in seconds required to diffuse 10 microns (the diameter of a typical animal cell).Brownian motion Brownian motion is the continuous random motion of microscopic particles when suspended in a fluid medium. Brownian motion was first observed (1827) by the Scottish botanist Robert Brown (177382111858) when studying pollen grains in water. The effect was finally explained in 1905 by Albert Einstein. who realized it was caused by water molecules colliding randomly with the particles. Over a century later, Brownian motion can still cause problems for scientists trying to study small biological particles in solution, because they move around too much. The kinetic theory of gases The kinetic theory of gases makes the assumption that molecules are hard, perfectly elastic little spheres, much like steel ball-bearings 8211 except that these are not perfectly elastic. There are about 26 million trillion such molecules to a cubic centimeter of air. They move around rapidly and chaotically, and their energy of motion or kinetic energy is proportional to what a thermometer measures as the temperature of the gas. The gas molecules communicate their energy to the molecules of mercury in the thermometer and the higher energy mercury molecules then take up more space. Gases are heated up by bringing a bunch of faster moving molecules 8211 (i. e. a gas at a higher temperature) and letting them loose among the more sluggish ones. The sluggish molecules are speeded up when they are bombarded by fast moving ones. In doing so the fast moving molecules are slowed down a little, and the average kinetic energy of the two gases becomes the same, i. e. they come to be at the same temperature, somewhere between the two temperatures. When one of the molecular bullets hits the wall of a container it exerts a force on the wall 8211 exactly as a ball thrown at an open door exerts a force and will slightly move it. All the rebounds of the molecules add together and make up the pressure of the gas. If the volume of the vessel containing the gas is halved the number of impacts per second will be doubled, so the pressure will also double. This is the explanation of Boyles law which states that pressure 215 volume constant. If no heat was lost to the outside, the motions of all the molecules would continue because they are perfectly elastic and they do not lose any energy by collision. Ball bearings or billiard balls set flying about on a billiard table quickly lose their energy because of friction and also because they are not nearly elastic enough to keep going. Though at any instant the speeds, and consequently the energies, of the molecules will be different, their average energies taken over a period of time must be the same. This is called the equipartition of energy . No single molecule could retain a large amount of energy for any length of time as it would suffer too many collisions. Since kinetic energy equals 189 mass 215 (velocity) 2 heavier molecules with equal energies must have slower speeds since they have a larger mass. A small particle such as a smoke particles floating about in the gas will be bombarded in every direction by the molecular bullets. This particle will behave exactly as if it was a very large molecule. It will move around just like the other molecules. Its energy will be neither less than, nor greater than the energy of the molecules around it, but will be equal to their average kinetic energy in accordance with the equipartition of energy. The molecules are light and move very fast. The particle is heavy, so in order to have the same average kinetic energy it must move relatively slowly. Its motion is a slow moving version of the molecular world. The movement of particles like this surrounded by rapidly moving molecules in gases or liquids are Brownian motion or Brownian movement. Discovery of Brownian motion In 1829, the Scottish botanist Robert Brown noticed tiny pollen grains in water moving around in a completely disordered fashion, tracing out a path like a drunkards walk. He was very surprised and thought that here might be the basis of life. But tiny pieces of mica in water sealed up in rocks for millions of years also behaved similarly 8211 these could hardly be alive, so the idea was dropped. It took a long time 8211 about 50 years 8211 for scientists to realize the origin of Brownian motion and to be convinced that they showed the ideas of the kinetic theory and the reality of molecules. In 1905 Albert Einstein worked out the theory of Brownian motion and Avogadros number. which is a measure of the actual number of molecules present in a gram-molecule of a substance, was determined from Brownian motion. Brownian motion of smoke particles Brownian motion occurs in liquids and gases because of the random motion of the molecules. In gases, Brownian motion is best observed by illuminating from the side under a microscope a shallow box containing smoke. A dark background is put behind the box. The illuminated smoke particles seen as bright spots of light execute a zigzag walk against the dark background. The smoke particles have smaller diameters than the wavelength of light but they can easily be seen as they scatter light into a diffraction halo. There are two sorts of Brownian motions of the smoke particles. The more easily observed movement is that in which the particles are knocked from place to place. There is a second type of motion more difficult to observe, in which large particles, which have some mark on them, are found to be turned through different angles by the impact of the molecules. This is called rotational Brownian motion . Related entry Related categories