Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:40 • sest 21:16 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 15:13 • Sest 05:59 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði

Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita?

Ágúst Kvaran

Hraði sameinda er háður hita, massa sameinda sem og formi (ham) efnisins. Hraði sameinda eykst með hita en minnkar með massa. Sameindir í vökva- eða storkuham eru ætíð í grennd við aðrar sameindir (sjá mynd 1) og verða þá fyrir krafthrifum.



Mynd 1. Á myndinni sést dæmigerð sameindabygging fastefnis til vinstri og vökva til hægri.

Slík krafthrif geta ýmist verkað hamlandi eða til aukningar á hraða viðkomandi sameinda. Hraði þeirra breytist því í sífellu. Einnig lenda þær í stöðugum árekstrum við nágrannasameindir og breyta þá um stefnu.

Í gasham gegnir nokkuð öðru máli. Þar er vegalengd milli sameinda mun lengri, háð gasþrýstingi (sjá mynd 2).


Mynd 2. Sameindir í gasham.

Gassameindir geta því hreyfst án umtalsverðra krafthrifa frá öðrum sameindum í nokkurn tíma og árekstrar eru fátíðari. Við árekstra getur hins vegar stefna og hraði sameinda breyst. Hraði sameinda í gasham getur því verið mjög breytilegur og því nær lagi er að tala um hraðadreifingu sameinda fremur an að allar sameindir hreyfist með sama hraða. Meðalhraða (ν) sameinda í gasham má gróflega áætla út frá jöfnunni:

\[\upsilon = \sqrt{\frac{3RT}{M}}\]

þar sem R er gasfasti (8,315 J K-1 mól-1), T er hitastig í einingunni Kelvin (T = t°C + 273,15) og M er massi sameindar (kg mól-1). Þar eð M er neðan við brotastrik en T er ofan við brotastrik í kvaðratrót jöfnunnar hér fyrir ofan er ljóst að meðalhraðinn eykst með hitastigi en minnkar með massa eins og áður var sagt.

Svo dæmi sé tekið um meðalhraða gassameinda er hann reiknaður hér fyrir köfnunarefnissameindir (N2, M = 28 g mol-1) og súrefnissameindir (O2, M = 32 g mol-1) sem hreyfast allt umhverfis okkur í andrúmsloftinu. Þá fást eftirfarandi meðalhraðagildi fyrir hitastigin -10°C, 0°C og 10°C:

-10°C 0°C 10°C
Köfnunarefni, N2 (g) 484 m/s;
1743 km/klst		 493 m/s;
1776 km/klst		 502 m/s;
1808 km/klst
Súrefni, O2 (g) 453 m/s;
1631 km/klst		 461 m/s;
1661 km/klst		 470 m/s;
1691 km/klst

Af þessu sést að hraði gassameinda sem umleikur okkur á degi hverjum er mjög mikill. Þess má geta að þegar við skynjum mismikinn hita í loftinu, þá er það meðal annars vegna þess að sameindir loftsins rekast á yfirborð húðar okkar með mismiklum hraða. Árekstur hægari sameinda skynjum við sem kulda en árekstur hraðari sameinda skynjum við sem hita.

Frekara lesefni af Vísindavefnum:

Myndir:
  • Sameindabygging - mynd eftir Ágúst Kvaran
  • Sameindir í gasfasa - Sótt 06.07.10. Texti á mynd var íslenskaður af ritstjórn

Eftirfarandi spurningu var einnig svarað:
  • Hvert er samband sameindahreyfingar og hita?

Höfundur

Ágúst Kvaran

Ágúst Kvaran

prófessor emeritus í eðlisefnafræði við HÍ

Útgáfudagur

18.8.2010

Spyrjandi

Sverrir Björnsson f. 1992, Hinrik Þór

Efnisorð

Tilvísun

Ágúst Kvaran. „Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita?“ Vísindavefurinn, 18. ágúst 2010. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=26584.

Ágúst Kvaran. (2010, 18. ágúst). Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=26584

Ágúst Kvaran. „Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita?“ Vísindavefurinn. 18. ágú. 2010. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=26584>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita?
Hraði sameinda er háður hita, massa sameinda sem og formi (ham) efnisins. Hraði sameinda eykst með hita en minnkar með massa. Sameindir í vökva- eða storkuham eru ætíð í grennd við aðrar sameindir (sjá mynd 1) og verða þá fyrir krafthrifum.



Mynd 1. Á myndinni sést dæmigerð sameindabygging fastefnis til vinstri og vökva til hægri.

Slík krafthrif geta ýmist verkað hamlandi eða til aukningar á hraða viðkomandi sameinda. Hraði þeirra breytist því í sífellu. Einnig lenda þær í stöðugum árekstrum við nágrannasameindir og breyta þá um stefnu.

Í gasham gegnir nokkuð öðru máli. Þar er vegalengd milli sameinda mun lengri, háð gasþrýstingi (sjá mynd 2).


Mynd 2. Sameindir í gasham.

Gassameindir geta því hreyfst án umtalsverðra krafthrifa frá öðrum sameindum í nokkurn tíma og árekstrar eru fátíðari. Við árekstra getur hins vegar stefna og hraði sameinda breyst. Hraði sameinda í gasham getur því verið mjög breytilegur og því nær lagi er að tala um hraðadreifingu sameinda fremur an að allar sameindir hreyfist með sama hraða. Meðalhraða (ν) sameinda í gasham má gróflega áætla út frá jöfnunni:

\[\upsilon = \sqrt{\frac{3RT}{M}}\]

þar sem R er gasfasti (8,315 J K-1 mól-1), T er hitastig í einingunni Kelvin (T = t°C + 273,15) og M er massi sameindar (kg mól-1). Þar eð M er neðan við brotastrik en T er ofan við brotastrik í kvaðratrót jöfnunnar hér fyrir ofan er ljóst að meðalhraðinn eykst með hitastigi en minnkar með massa eins og áður var sagt.

Svo dæmi sé tekið um meðalhraða gassameinda er hann reiknaður hér fyrir köfnunarefnissameindir (N2, M = 28 g mol-1) og súrefnissameindir (O2, M = 32 g mol-1) sem hreyfast allt umhverfis okkur í andrúmsloftinu. Þá fást eftirfarandi meðalhraðagildi fyrir hitastigin -10°C, 0°C og 10°C:

-10°C 0°C 10°C
Köfnunarefni, N2 (g) 484 m/s;
1743 km/klst		 493 m/s;
1776 km/klst		 502 m/s;
1808 km/klst
Súrefni, O2 (g) 453 m/s;
1631 km/klst		 461 m/s;
1661 km/klst		 470 m/s;
1691 km/klst

Af þessu sést að hraði gassameinda sem umleikur okkur á degi hverjum er mjög mikill. Þess má geta að þegar við skynjum mismikinn hita í loftinu, þá er það meðal annars vegna þess að sameindir loftsins rekast á yfirborð húðar okkar með mismiklum hraða. Árekstur hægari sameinda skynjum við sem kulda en árekstur hraðari sameinda skynjum við sem hita.

Frekara lesefni af Vísindavefnum:

Myndir:
  • Sameindabygging - mynd eftir Ágúst Kvaran
  • Sameindir í gasfasa - Sótt 06.07.10. Texti á mynd var íslenskaður af ritstjórn

Eftirfarandi spurningu var einnig svarað:
  • Hvert er samband sameindahreyfingar og hita?
...