Kinetisk diameter

Kinetisk diameter är ett mått som tillämpas på atomer och molekyler som uttrycker sannolikheten för att en molekyl i en gas kommer att kollidera med en annan molekyl. Det är en indikation på storleken på molekylen som mål. Den kinetiska diametern är inte densamma som atomdiametern definierad i termer av storleken på atomens elektronskal , som i allmänhet är mycket mindre, beroende på den exakta definitionen som används. Det är snarare storleken på inflytandesfären som kan leda till en spridningshändelse .

Kinetisk diameter är relaterad till den genomsnittliga fria vägen för molekyler i en gas. Medelfri väg är det genomsnittliga avståndet som en partikel kommer att färdas utan kollision. För en snabbrörlig partikel (det vill säga en som rör sig mycket snabbare än partiklarna den rör sig genom) ges den kinetiska diametern av,

$d^{2}={1 \over \pi ln}$

där,

d är den kinetiska diametern,

r är den kinetiska radien, r = d/2,

l är medelvärdet för fri väg, och

n är partiklarnas antal densitet

En mer vanlig situation är dock att den kolliderande partikeln som övervägs inte kan särskiljas från populationen av partiklar i allmänhet. Här måste Maxwell–Boltzmann-fördelningen av energier beaktas, vilket leder till det modifierade uttrycket,

$d^{2}={1 \over {\sqrt {2}}\pi ln}$

Lista över diametrar

Följande tabell listar de kinetiska diametrarna för några vanliga molekyler;

Molekyl		Molekylmassa _	Kinetisk diameter ( pm )	ref
namn	Formel
Väte	H 2	2	289
Helium	han	4	260
Metan	CH 4	16	380
Ammoniak	NH 3	17	260
Vatten	H2O _ _	18	265
Neon	Ne	20	275
Acetylen	C2H2 _ _ _	26	330
Kväve	N 2	28	364
Kolmonoxid	CO	28	376
Eten	C2H4 _ _ _	28	390
Kväveoxid	NEJ	30	317
Syre	O 2	32	346
Vätesulfid	H 2 S	34	360
Väteklorid	HCl	36	320
Argon	Ar	40	340
Propylen	C3H6 _ _ _	42	450
Koldioxid	CO 2	44	330
Lustgas	N2O _ _	44	330
Propan	C3H8 _ _ _	44	430
Svaveldioxid	SO 2	64	360
Klor	Cl 2	70	320
Bensen	C6H6 _ _ _	78	585
Vätebromid	HBr	81	350
Krypton	Kr	84	360
Xenon	Xe	131	396
Svavelhexafluorid	SF 6	146	550
Koltetraklorid	CCl 4	154	590
Brom	Br 2	160	350

Olika partiklar

Kollisioner mellan två olika partiklar uppstår när en stråle av snabba partiklar skjuts in i en gas som består av en annan typ av partikel, eller två olika molekyler slumpmässigt kolliderar i en gasblandning. I sådana fall måste ovanstående formel för spridningstvärsnitt modifieras.

Spridningstvärsnittet, σ, i en kollision mellan två olika partiklar eller molekyler definieras av summan av de kinetiska diametrarna för de två partiklarna,

$\sigma =\pi (r_{1}+r_{2})^{2}$

där.

ri _, r2 är halva den kinetiska diametern (dvs. de kinetiska radierna) för de båda _partiklarna .

Vi definierar en intensiv kvantitet , spridningskoefficienten α, som produkten av gasens taldensitet och spridningstvärsnittet,

$\alpha \equiv n\sigma$

Den genomsnittliga fria vägen är inversen av spridningskoefficienten,

$l={1 \over \alpha }={1 \over \sigma n}$

För liknande partiklar, r ₁ = r ₂ och,

$l={1 \over \sigma n}={1 \over 4\pi r^{2}n}={1 \ över \pi d^{2}n}$

som förut.

Bibliografi

•   Breck, Donald W., "Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use", New York: Wiley, 1974 ISBN 0471099856 .
• Freude, D., Molecular Physics , kapitel 2 , 2004 opublicerat utkast, hämtat och arkiverat 18 oktober 2015.
•   Ismail, Ahmad Fauzi; Khulbe, Kailash; Matsuura, Takeshi, Gas Separation Membranes: Polymeric and Inorganic , Springer, 2015 ISBN 3319010956 .
•   Joos, Georg; Freeman, Ira Maximilian, Theoretical Physics , Courier Corporation, 1958 ISBN 0486652270 .
•   Li, Jian-Min; Talu, Orhan, "Effect of structural heterogeneity on multicomponent adsorption: benzene and p-xylene mix on silicalite", i Suzuki, Motoyuki (red), Fundamentals of Adsorption , s. 373-380, Elsevier, 1993 ISBN 0702408 .
•   Matteucci, Scott; Yampolskii, Yuri; Freeman, Benny D.; Pinnau, Ingo, "Transport av gaser och ångor i glasartade och gummiartade polymerer" i, Yampolskii, Yuri; Freeman, Benny D.; Pinnau, Ingo, Materials Science of Membranes for Gas and Vapor Separation , s. 1-47, John Wiley & Sons, 2006 ISBN 0470029048 .