mani24 29,665 اشتراک گذاری ارسال شده در 13 فروردین، ۱۳۹۲ [h=2][/h] انواع حرکت های ممکن برای یک مولکول را بررسی نماییم: یک مولکول می تواند دارای حرکت های زیر باشد: 1- انتقالی : (translation) عبارت از حرکت مرکز جرم مولکول است . 2- دورانی یا چرخشی : (rotation) عبارت از حرکت دورانی مولکول حول محوری که از مرکز جرم آن می گذرد. 3- ارتعاشی: ( vibration ) شامل نوسان اتم های مولکول به نحوی که مجموعا تاثیری در حرکت مرکز جرم یا دوران حول این مرکز نداشته باشد. بررسی انواع حرکت ها در مولکول : الف : مولکول تک اتمی : این نوع مولکول ها فقط دارای 3 حرکت انتقالی در سه جهت محورهای x,y,z هستند و دارای حرکت های دیگر نیستند. ب : مولکول دو اتمی : این نوع مولکول ها دارای سه نوع حرکت انتقالی ، 2 حرکت دورانی و یک حرکت چرخشی می باشند .برای نمونه مولکول را در نظر بگیرید .اگر محور X را بعنوان محور پیوند در نظر بگیریم ، که مرکز جرم آن نیز روی این محور قرار دارد ، در خواهیم یافت که مرکز جرم این مولکول درراستای یکی از محورهای x,y,z می تواند جابجا شده و دارای سه حرکت انتقالی خواهد بود . حال اگر محوری که از مرکز جرم آن می گذرد و همین محور راستای پیوند آن نیز باشد و این محور را x بنامیم ، این مولکول دارای دو حرکت چرخشی خواهد بود . یکی حول محور y و دیگری حول محور z . در مولکول دو اتم H و می توانند از هم دور و یا نزدیک شوند ، پس دارای یک حرکت ارتعاشی نیز خواهد بود . این بررسی درمورد کلیه مولکول های خطی صادق است . بنابر این هر مولکول خطی یا دو اتمی در مجموع می تواند دارای 3حرکت انتقالی ، 2 حرکت چرخشی و 1 حرکت ارتعاشی باشد . بنابر این هر مولکول خطی دارای 6 درجه آزادی است. ج : سایر مولکول ها : در سایر مولکول ها درجات آزادی از رابطه N 3 محاسبه می شود. که N تعداد اتم های تشکیل دهنده مولکول است . که 3حرکت انتقالی ، 3حرکت چرخشی و بقیه آن ارتعاشی خواهد بود . اگر ماده از حالت گاز به حالت مایع یا جامد تبدیل شود ، از تعداد درجه های آزادی مولکول ها کاسته می شود . به عنوان نمونه اگر هیدروژن کلرید گاز به مایع تبدیل شود وجود نیروهای جاذبه بین مولکولی از چرخش کامل مولکول جلوگیری می کند و مولکول تنها دارای حرکت انتقالی و ارتعاشی می شود . یعنی حداکثر درجات آزادی آن 4 می شود. بنا بر این انتظار داریم ظرفیت گرمایی ویژه این ماده در حالت مایع بیشتر از حالت جامد باشد.چون درجات آزادی در حالت مایع بیشتر از حالت جامد است . در حالت مایع میانگین شدت جنبش های انتقالی ، ارتعاشی و چرخشی ممانعت شده و در حالت جامد فقط میانگین شدت جنبش های ارتعاشی باید افزایش می یابد تادمای 1 گرم به اندازه 1 درجه زیاد شود. بررسی ظرفیت گرمایی گاز ها : وقتی گازی را گرم می کنیم ، انرژی جذب شده ، سبب بالا رفتن انرژی انتقالی آن می شود و در مورد گاز های چند اتمی افزایش انرژی سبب افزایش انرژی چرخشی و ارتعاشی نیز می شود. گرمای ویژه متوسط در هر دما عبارت است از مجموع گرماهای ویژه جنبشی انتقالی ، چرخشی و ارتعاشی . ظرفیت گرمایی گاز های تک اتمی : نتایج تجربی نشان می دهد که ظرفیت گرمایی مولی برای گاز های تک اتمی در فشار ثابت 79/20 است . گرمای ویژه در این گازها فقط شامل انرژی جنبشی انتقالی است . ظرفیت گرمایی گاز های دو اتمی: برای این نمونه از گازها علاوه بر سه درجه آزادی انتقالی ، دو درجه آزادی ناشی از چرخش نیز باید در نظر گرفت . مقدار از نظر تئوری برای این نموه گاز در دمای معمولی 288/29 است . ولی در دمای بالا انرژی چرخش نیز باید در نظر گرفت که حد اکثر به 656/37 می رسد. چرا ظرفیت گرمایی مولی گاز های دو اتمی مانند گاز های تک اتمی برابر نیست ؟ با توجه به اینکه درجات آزادی آن ها برابر است ؟ میزان شدت بر انگیختگی مولکول ها به جرم اتمی آن ها و استحکام پیوند بین دو اتم بستگی دارد . به عنوان نمونه مولکول های که جرم مولکولی سنگین تری نسبت به اکسیژن دارند ، ظرفیت گرمایی بزرگتری نسبت به اکسیژن دارند . ظرفیت گرمایی گاز های چند اتمی: اگر ساختمان مولکول خطی باشد ، برای انرژی جنبشی انتقالی و چرخشی همان 5 درجه آزادی وجود دارد ولی تعداد درجه آزادی ناشی از ارتعاش خیلی زیاداست . ظرفیت گرمایی جامدات : در مورد ظرفیت گرمایی جامدات کار های زیادی انجام گرفته است ، از جمله به دولن و پتی می توان اشاره نمود . این دو دانشمند در سال 1819 به طور تجربی دریافتند که ظرفیت گرمایی اتمی عناصر در دمای معمولی و فشار 1 آتمسفر نزدیک به عدد 2/6 کالری بر اتم گرم است . در اجسام جامد اتم ها در شبکه بلور تثبیت شده اند و حرکت انتقالی و چرخشی ندارند و فقط دارای حرکت ارتعاشی هستند . لوویس و گیبسون به طور تجربی دریافتند که ظرفیت گرمایی اتمی در حجم ثابت و در دمای معمولی برابر 9/5 کالری بر اتم گرم بر درجه است . قانون دولن و پتی در ابتدا بسیار مورد توجه قرار گرفت و نقش بسیار مهمی در تعیین جرم اتمی عناصر جامد داشت . ولی پس از بررسی های بیشتر مشخص شد که این قاعده فقط در مورد عناصر سنگین و آن هم در دمای معمولی قابل قبول است و در دمای پایین اعتباری ندارد . . زیرا این قانون ظرفیت گرمایی را مستقل از دما در نظر می گیرد ، در حالیکه ظرفیت گرمایی تابعی از دما می باشد . پیشرفت علم مکانیک کوانتومی و پدیده کوانتومی بودن انرژی تعبیر نتایج تجربی ظرفِت گرمایی را امکان پذیر ساخت . انیشتین انرژی ارتعاشی بلور را برابر در نظر گرفت البته برای هر بلور متفاوت است که باید به طور تجربی محاسبه شود. دبای ، ظرفیت گرمایی اتمی اجسام را مورد مطالعه قرار داد و بیان داشت که در نزدیکی های صفر مطلق ظرفیت گرمایی شدیدا کوچک شده و به صفر نزدیک می شود . اجسامی که نیروی بین اتمی قوی دارند بزرگ است و در مورد الماس مقدار آن حدود 1840تا 1860 است . در مورد فلزاتی که نرم و چکش خوارند مانند مس و نقره مقدار آن به ترتیب برابر با 315 و 215 می باشد . بررسی ظرفیت گرمایی آب : ظرفیت گرمایی مولی آب در دمای اتاق در حالت یخ ، مایع و بخار به ترتیب 40/37، 38/75 و 80/36 ژول بر مول بر درجه سلسیوس می باشد . مشاهده می شود که ظرفیت گرمایی مولی آب به حالت فیزیکی بستگی دارد . حال به بررسی علت این تفاوت می پردازیم : مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت جامد و مایع : علت این تفاوت را می توان در درجات آزادی جستجو کرد زیرا در حالت جامد درجات آزادی کمتر بوده و ظرفیت گرمایی مولی کمتر است. مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت بخار و مایع : ظرفیت گرمایی حالت مایع بیشتر است . علت آن را نمی توان به درجات آزادی نسبت داد زیرا در حالت بخار درجات آزادی بیشتر است ، پس علت آن در تشکیل پیوند هیدروژنی مولکول های آب در حالت مایع دانست. مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت بخار وجامد: ظرفیت گرمایی مولی در حالت جامد بیشتر است . در این مورد نیز علت را در تشکیل پیوند هیدروژنی مولکول های آب در حالت جامد دانست. نتیجه کلی : بررسی عوامل موثر بر ظرفیت گرمای ویژه و مولی : با توجه به نتایج بالا می توان عوامل زیر را در ظرفیت گرمایی مولی و ویژه موثر دانست : 1- درجات آزادی 2- حالت فیزیکی 3- جرم مولی 4- نیروهای بین مولکولی 5- شبکه کریستالی 6- شکل هندسی مولکول 7- دما منبع :کتاب شیمی فیزیک تکینز شیمی عمومی مورتیمر شیمی معدنی اقا بزرگ برگرفته از وبلاگ شیمیدان های دانشکده شیمی دانشگاه تبریز برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید. ورود یا ثبت نام 1 نقل قول لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده
به گفتگو بپیوندید
هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .