Molekulyar-kinetik nəzəriyyə

Molekulyar-kinetik nəzəriyyə (və ya qazların kinetik nəzəriyyəsi) — XIX əsrdə yaranan və maddənin, əsasən də qazların quruluşuna nəzər salan nəzəriyyə.

Təbiətdə mövcud olan bütün maddələrin xassələri, onların daxili quruluşları ilə müəyyən olunur. Bu səbəbdən, maddənin quruluşunu öyrənmək ən mühüm problemlərdən biridir. Maddə haqqında ilk fikir eramızdan əvvəl IV əsrdə yunan mütəfəkkiri Aristotel tərəfindən irəli sürülmüşdür. Demokritə görə, maddənin ən kiçik və bölünməz hissəciyi atomlardır. Yunanca tərcüməsi "bölünməz" olan atom sözünün bir termin kimi qəbul olunma səbəbi də, məhz budur. Maddə quruluşu haqqında o dövr üçün çox ciddi sayılan bu fikir nə Demokritin özü, nə də onun ardıclıları tərəfindən inkişaf etdirilməmişdir – atomların təbiəti və onların bir-biri ilə qarşılıqlı münasibətləri haqqında heç bir fikir söylənməmişdir. Maddə quruluşu haqqındakı atomistik ideyalar, fizikanın elmi əsasları- nın qoyulduğu sayılan XVII əsrdən inkişaf etməyə başlamışdır. Elə bu vaxtdan etibarən maddə quruluşunun molekulyar-kinetik nəzəriyyəsinin tə- məli qoyulmağa başlamışdır. Uzun müddət bu sahədə aparılan tədqiqat işlə- rinin nəticəsi olaraq XIX əsrin II yarısında molekulyar-kinetik nəzəriyyə, əsas etibarilə Maksvel, Bolsman və Klauzius tərəfindən inkişaf etdirilərək mükəmməl şəklə salınmışdır.

Molekulyar-kinetik nəzəriyyənin əsasını, çoxlu sayda təcrübi faktların ümumiləşdirilməsindən əldə edilmiş aşağıdakı müddəalar təşkil edir:

1. Bütün maddələr çoxlu sayda atom və molekullardan ibarətdir.
2. Maddələri təşkil edən atom və molekullar daimi xaotik hərəkətdədir.
3. Molekullar (və ya atomlar) arasında qarşılıqlı təsir mövcuddur.

Molekulyar-kinetik nəzəriyyənin əsas müddəalarını təsdiq edən təcrübi faktlardan yalnız ikisi — diffuziya hadisəsi və Broun hərəkəti haqqında qısa məlumat verməklə kifayətlənmək olar.

Bir-biri ilə təmasda olan cisimlər (bərk-bərk, bərk-maye, bərk-qaz, mayemaye, maye-qaz və qaz-qaz) heç bir xarici təsir olmadan, özbaşına bir-birinə nüfuz edə bilir. Bu hadisə diffuziya adlanır. Maddələri təşkil edən atom, yaxud molekullar daimi xaotik hərəkət etməsəydilər, sözsüz ki, diffuziya hadisəsi baş verə bilməzdi. Maddə hissəciklərinin arasıkəsilmədən xaotik hərəkət etmə hadisəsi təcrübi olaraq 1827-ci ildə ingilis botaniki Broun tərəfindən müşahidə olunmuşdur. O, suya tökdüyü boya qırıntılarının hərəkətini izləyərək, bu xırda hissəciklərin daimi xaotik hərəkətdə olduqlarını müşahidə etmişdir. İlk baxışda elə düşünmək olar ki, guya bu cür hərəkətin — Broun hərəkətinin yaranmasına səbəb, küçədə hərəkət edən nəqliyyat vasitələrinin, yaxud buna bənzər mümkün ola biləcək digər təsirlərin təcrübə otağında meydana gətirdiyi titrəmələr ola bilər. Belə bir iddianın doğru olub-olmadığını yoxlamaq üçün, Broun öz təcrübəsini heç bir xarici təsirin olmadığı şəraitdə aparmaqla isbat etmişdir ki, bu cür faktorlar broun hərəkətinə heç bir təsir göstərmir. Boya qırıntılarının broun hərəkəti etməsinin səbəbi, onu əhatə edən su molekullarının arasıkəsilmədən qarma-qarışıq hərəkətidir. Belə hərəkət nəticəsində, sudakı boya hissəciklərinə hər tərəfdən arasıkəsilmədən nizamsız zərbələr endirilir. Broun hərəkəti edən hissəciklərin ölçüləri kiçik olduqda, qarşılıqlı əks tərəflərdən vurulan zərbələrin sayı arasındakı fərq, bu xırda hissəciyi hərəkət etdirməyə kifayət edir. Zərbələrin istiqaməti arasıkəsilmədən xaotik dəyişdiyinə görə, hissəciklərin hərəkət istiqaməti də buna uyğun olaraq nizamsız şəkildə dəyişir — hissəciklər broun hərəkəti edir. Deməli, broun hərəkətinin arasıkəsilmədən xaotik baş verməsinin səbəbi, maye molekullarının arasıkəsilmədən xaotik hərəkət etməsidir. 

Sıxlığına və bununla əlaqədar fiziki xassələrinə görə, qazları iki sinfə bölmək olar: ideal və real qazlar. Qazın sıxlığı elə ola bilər ki, onun molekulları arasındakı orta məsafə, molekulun radiusundan çox böyük olmasın. Bu halda molekulların ölçülərini və onlar arasındakı qarşılıqlı təsiri nəzərə almamaq mümkün deyildir. Belə qaz real qaz adlanır. Lakin, qazın sıxlığı elə kiçik ola bilər ki, onun molekulları arasındakı orta məsafə, molekulun radiusuna nəzərən çox böyük olsun. Bu halda molekulların hər birini maddi nöqtə kimi qəbul etmək olar. Bundan əlavə, molekullar arasındakı məsafə kifayət qədər böyük olduqda, onlar arasındakı qarşılıqlı təsirin yox dərəcə- sində olması da nəzərə alınmalıdır. Belə qaza ideal qaz deyilir. 

Müxtəlif dərəcədə qızdırılmış iki cisimin hər birinin molekulları arasıkəsilmədən xaotik hərəkət (istilik hərəkəti) edir. Belə hərəkət, molekullar arasında təmas yaradır. Məhz, belə təmas nəticəsində, istilik (molekulların xaotik hərəkətinin kinetik enerjisi) nisbətən isti cisimdən soyuq cismə verilir. Enerjinin qarşılıqlı mübadiləsi, hər iki cismin eyni istilik vəziyyətinə gəlməsinədək (bir qədər sonra tanış olacağımız temperatur deyilən parametrin, hər iki maddə üçün bərabər olmasına qədər) davam edir. Heç bir xarici təsir olmadan, özbaşına davam edən bu növ proses nəticəsində meydana gələn son hal, istilik tarazlığı halı adlanır. İstilik tarazlığı halında olan sistem daxilində enerjinin makroskopik daşınma prosesi baş vermir. Lakin, bu heç də o demək deyildir ki, istilik tarazlılığı halında olan sistemin atomları (yaxud, molekulları) öz xaotik hərəkətlərini dayandırır. Daimi xaotik hərəkət sistemin bütün hallarında, o cümlədən istilik tarazlığı halında mövcuddur. İstilik tarazlığı halında da, atom və molekullar daimi toqquşur və bu toqquşmalar nəticəsində enerji mübadiləsi baş verir. Lakin, belə mübadilələr, enerjinin makroskopik (qaz həcminin müəyyən bir makro hissəsindən, digər makro hissəsinə daşınma) deyil, mikroskopik daşınmasına gətirir, yəni toqquşmalar nəticəsində enerji, yalnız bir molekuldan digər molekula ötürülür

Qaz molekulları daimi xaotik hərəkət etdiyinə görə, onlar yerləşdiyi qabın divarlarına arasıkəsilmədən zərbələr endirir. Hərəkət edən hər bir qaz molekulu, onun kütləsi və sürəti ilə təyin olunan müəyyən impulsa (hərəkət miqdarına) malikdir. Ona görə də, qabın divarına zərbələr endirən qaz molekulları divara müəyyən impuls verir. Qabdakı qaz molekullarının sayı kifayət qədər böyük olduqda, divara endirilən zərbələr müntəzəm xarakterli olur, yəni qab divarının hər yerinə müntəzəm zərbələr endirilir. Bu isə o deməkdir ki, qaz yerləşdiyi qabın divarına təzyiq göstərir. Qabdakı molekulların sayı bir, iki, üç, on, iyirmi və sair, yəni az sayda olduqda, təzyiqdən söhbət gedə bilməz, çünki bu halda qab divarının elə hissələri olur ki, oralara molekullar zərbə endirmir. Beləliklə, göründüyü kimi, təzyiq, ayrı-ayrı qaz molekullarına deyil, yalnız və yalnız kifayət qədər çoxlu sayda molekullardan ibarət qaz kütləsinə aid makroskopik kəmiyyətdir.

Qaz molekullarının hərəkəti xaotik olduğundan, bütün istiqamətlərdə bərabər sahəli səthlərə vurulan zərbələrin sayı, orta hesabla eynidir. Bu səbəbdən, təzyiq istiqamətdən asılı deyildir. Ona görə də, təzyiqi hesablamaq üçün, qabın hansı formaya malik olmasının və onun divarının hansı hissəsini nəzərdən keçirmənin fərqi yoxdur.

${\displaystyle p={\frac {1}{3}}m_{0}nv^{2}}$

Burada m₀ — bir qaz molekulunun kütləsi, n — molekulların konsentrasiyası, v² isə molekulların orta kvadrat sürətidir.

• Girshfeld C., Curtiss h, Birdr. Qazların və mayelərin molekulyar nəzəriyyəsi. M., 1961
• Frenkel I. Mayelərin kinetik nəzəriyyəsi. L., 1975
• Kikoin A. K., Kikoin I. K. Molekulyar fizika. M., 1996