הבדל מפתח – מודל חלקיקים של חומר מול תיאוריה מולקולרית קינטית
מודל חלקיקי של חומר הוא מודל המשמש להסבר הסידור של אטומים, מולקולות או יונים הנמצאים בכל חומר. תיאוריה מולקולרית קינטית היא תיאוריה המשמשת להסבר תכונות פיזיקליות של גז. ההבדל העיקרי בין מודל חלקיקים של חומר לתיאוריה מולקולרית קינטית הוא שמודל החלקיקים של חומר מתאר את המאפיינים של שלבים מוצקים, נוזליים וגזים של החומר ואילו התיאוריה המולקולרית הקינטית מתארת את תכונות הגזים.
מהו מודל החלקיקים של החומר?
מודל החלקיקים של החומר הוא מודל המסביר את סידור החלקיקים (אטומים, מולקולות או יונים) בשלב מסוים של החומר. ישנם שלושה שלבים עיקריים שכל חומר יכול להתקיים בהם: פאזה מוצקה, פאזה נוזלית ופאזה גז. מודל החלקיקים מבטא את המושגים הבאים:
- כל החומר בנוי מחלקיקים קטנים.
- החלקיקים הזעירים האלה תמיד בתנועה.
- יש רווחים ריקים בין החלקיקים האלה.
- כאשר החומר מחומם, תנועת החלקיקים גדלה.
איור 1: שלושת השלבים של החומר
שלב מוצק
השלב המוצק הוא השלב של החומר שבו חלקיקים (אטומים, מולקולות או יונים שמהם מורכב המוצק) מוחזקים בחוזקה.לכן, החלקיקים ארוזים מאוד. ישנם חללים ריקים זעירים מאוד בין החלקיקים. יש אינטראקציות בין-מולקולריות חזקות מאוד בין חלקיקים. תכונות אלה מעניקות למוצקים צורה מסוימת. מכיוון שהחלקיקים ארוזים בחוזקה, החלקיקים מראים תנועה כמעט זניחה (ניתן להבחין ברטט ברוב הפעמים; מכאן שחלקיקים נשארים במיקומים מסוימים). ככל שהמוצק מקבל צורה קבועה, יש לו גם נפח קבוע. הצפיפות של מוצק גבוהה מאוד בהשוואה לנוזלים וגזים.
שלב נוזלי
השלב הנוזלי הוא שלב של חומר שבו חלקיקים ארוזים בצמוד זה לזה, אך הוא אינו אריזה הדוקה כמו במוצקים. הרווחים הריקים בין חלקיקים גדולים בהשוואה למוצקים, אך קטנים בהשוואה לגזים. חלקיקים יכולים לנוע בחופשיות. לנוזל אין צורה מוגדרת; הוא מקבל את צורת המיכל שבו נמצא הנוזל. הצפיפות של נוזל קטנה מזו של מוצק וגבוהה מזו של גז.עם זאת, לנוזל יש נפח קבוע מכיוון שהחלקיקים ארוזים זה לזה בצמוד.
שלב הגז
שלב הגז הוא שלב של חומר שבו חלקיקים נמצאים בתנועה מתמשכת בכיוונים אקראיים. לכן, ישנם מרווחים גדולים בין חלקיקי גז. חלקיקים אלו ממלאים מיכל סגור בו נמצא הגז. ואז הגז מקבל את נפח המיכל. הצפיפות של גז קטנה מאוד בהשוואה לזו של מוצקים ונוזלים.
מהי תיאוריה מולקולרית קינטית?
תיאוריה מולקולרית קינטית היא תיאוריה המתארת את התכונות הפיזיקליות של גזים ברמה המולקולרית שלהם. המושגים של התיאוריה המולקולרית הקינטית הם כדלקמן.
- גזים מכילים חלקיקים שנמצאים בתנועה מתמדת ואקראית.
- החלקיקים האלה מתנגשים זה בזה ללא הרף. ההתנגשויות אלסטיות לחלוטין.
- נפח מולקולת גז זניח בהשוואה לנפח המיכל בו נמצא הגז. אבל לחלקיקים האלה יש מסה ניכרת.
- אין כוחות בין מולקולריים בין מולקולות גז.
- האנרגיה הקינטית הממוצעת של הגז פרופורציונלית לטמפרטורה המוחלטת של הגז.
איור 2: התנגשויות טהורות בין חלקיקי גז
ניתן לתת את הקשר בין האנרגיה הקינטית והמהירות של מולקולות הגז כמפורט להלן.
KE=½.mv2
כאשר KE היא האנרגיה הקינטית, m היא המסה של חלקיק גז ו-v היא המהירות הממוצעת של מולקולות הגז. אבל מדידת פרמטרים אלה קשה; לפיכך, המשוואה משתנה כמפורט להלן.
KE=3/2.kBT
כאשר KE היא האנרגיה הקינטית, kB הוא הקבוע של בולצמן (1.381×10-23 m2 kg s-2 K-1), ו-T היא הטמפרטורה המוחלטת של הגז (ביחידות קלווין). משוואה זו מצביעה על כך שהאנרגיה הקינטית של הגז עומדת ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת של הגז.
מה ההבדל בין מודל חלקיקים של חומר לתיאוריה מולקולרית קינטית?
מודל חלקיקים של חומר מול תיאוריה מולקולרית קינטית |
|
| מודל החלקיקים של החומר הוא מודל שמסביר את סידור החלקיקים (אטומים, מולקולות או יונים) בשלב מסוים של החומר. | תיאוריה מולקולרית קינטית היא תיאוריה המציינת את התכונות הפיזיקליות של גזים ברמה המולקולרית שלהם. |
| רכיבים | |
| מודל החלקיקים של החומר מתאר את התכונות של שלבים מוצקים, נוזליים וגזים של החומר. | התיאוריה המולקולרית הקינטית מתארת את התכונות של גזים. |
| תוכן | |
| מודל החלקיקים של החומר מסביר את סידור החלקיקים במוצק, נוזל או גז. | התיאוריה המולקולרית הקינטית מסבירה את הקשר בין אנרגיה קינטית לתכונות אחרות של גז. |
סיכום – מודל חלקיקים של חומר מול תיאוריה מולקולרית קינטית
מודל החלקיקים והתיאוריה המולקולרית הקינטית מסבירים תכונות פיזיקליות שונות של חומר. מודל החלקיקים הוא המודל שמסביר את סידור החלקיקים (אטומים, מולקולות או יונים) בשלב מסוים של החומר. תיאוריה מולקולרית קינטית מתארת את הקשר בין אנרגיה קינטית לתכונות אחרות של גז. ההבדל העיקרי בין מודל חלקיקים של חומר לתיאוריה מולקולרית קינטית הוא שמודל החלקיקים של חומר מתאר את המאפיינים של שלבי החומר המוצקים, הנוזלים והגזים בעוד שהתיאוריה המולקולרית הקינטית מתארת את תכונות הגזים.
