VI. Yuqori temperaturalarda erkinlik darajasi va ichki energiya. Biz yuqorida tebranma harakat haqida umuman to‘xtalmadik. Chunki, odatdagi sharoitdagi temperaturalarda ideal gaz molekulalari ichida umuman tebranma harakat sodir bo‘lmaydi. Odatdagi sharoitlarda molekula tarkibidagi atomlarni bog‘lab turuvchi bog‘larni juda mustahkam deb hisoblaymiz. Molekulalar to‘qnashganda zarba molekula ichiga o‘tmaydi, to‘qnashuv absalyut elastik bo‘ladi, tebranma harakat kuzatilmaydi deb hisoblaymiz. Nisbatan anchagina yuqori temperaturalarda esa molekulalar ancha katta tezlikda to‘qnashgani bois, zarba molekula ichiga o‘tadi, to‘qnashuv absalyut elastik bo‘lmaydi, atomlarni tutib turuvchi bog‘ (o‘q) bo‘ylab tebranma harakat kuzatiladi. Yuqori temperaturalarda molekula ichidagi atomlarni tutib turuvchi bog‘larni zaif bog‘ deb hisoblash mumkin. Bunday hollarda ideal gazning umumiy erkinlik darajasi quyidagicha hisoblanadi:
Har bitta erkinlik darajasiga o‘rtacha ½kT enrgiya to‘g‘ri kelgani bois tebranma harakatda o‘rtacha tebranma kinetik energiyasiga ½kT hamda o‘rtacha tebranma potensial energiyasiga ½kT energiya to‘g‘ri keladi. Shuning uchun iteb erkinlik darajasiga 2 ta ½kT energiya mos keladi va natijada o‘rtacha tebranma harakat energiyasi kT ga teng bo‘ladi.
Endi tebranma erkinlik darajasi qanday aniqlanishi haqida to‘xtalib o‘taylik. N ta atomdan iborat sistema mutlaqo erkin bo‘lganda edi, bu sistemaning erkinlik darajasi 3N ga teng bo‘lar edi. Odatdagi temperaturalarda molekula atomlarini tutib turuvchi mustahkam bog‘lar tufayli atomlar harakatida cheklovlar paydo bo‘ladi va natijada umumiy erkinlik darajasi 3N dan ko‘ra kamroq qiymatga ega bo‘ladi. Masalan, ikki atomli (N=2) mustahkam molekula uchun i=5 (i=6 emas), uch atomli (N=3) chiziqli mustahkam molekula uchun i=5 (i=9 emas), uch atomli (N=3) fazoviy mustahkam molekula uchun i=6 (i=9 emas) va hokoza.
Temperatura odatdagi xona temperaturasiga nisbatan ancha ko‘tarilganda (masalan 8000C – 10000C va undan yuqori) qo‘shimcha erkinlik darajalari uyg‘ona boshlaydi. Boshqacha aytganda, yangi tebranma deb ataluvchi erkinlik darajalari o‘zining “muzlagan” holatidan “erigan” holatiga o‘tadi. Natijada, molekula tarkibidagi atomlar harakatida to‘siq qolmaydi va atomlarning jami erkinlik darajalari yig‘indisi 3N qiymatiga erishadi.
Yuqoridagidan tebranma erkinlik darajasini aniqlash mumkin.
Mana shuni bilgan holda ikki atomli, uch atomli va ko‘p atomli molekulalarning tebranma erkinlik darajasini aniqlash mumkin bo‘ladi.
Ikki atomli molekula uchun tebranma erkinlik darajasi quyidagicha bo‘ladi:
Uch atomli chiziqli molekula uchun tebranma erkinlik darajasi quyidagicha bo‘ladi:
Uch atomli fazoviy molekula uchun tebranma erkinlik darajasi quyidagicha bo‘ladi:
To‘rt atomli fazoviy molekula uchun tebranma erkinlik darajasi quyidagicha bo‘ladi:
8.11-rasm Temperatura oshgan sari tebranma harakat kuchayib, qo‘shimcha erkinlik darajalari paydo bo‘la boshlashini aytib o‘tdik. Buni tajriba natijasi ham tasdiqlaydi. Masalan, ikki atomli molekulada iteb=2 bo‘lib, to‘la kinetik energiyasi esa
bo‘ladi (8.11-rasm). Taxminan 100 K dan past temperaturalarda aylanma harakat energiyasi “muzlagan” holatda bo‘ladi. Shuning uchun 100 K dan past temperaturalarda ikki va uch atomli molekulalar o‘zlarini xuddi bir atomli kabi tutadilar.
Temperatura 100 K dan oshib borgan sari aylanma erkinlik darajasi “muzlagan” holatdan “erigan” holatga o‘ta boshlaydi. Buning sababi esa kvant effekt bilan bog‘liqdir. Rasmda vodorod, kislorod, azot molekulalarining odatdagi temperaturalarda
energiyaga ega bo‘lishi, 2000 K dan yuqori temperaturalarda esa
energiyaga ega bo‘lishi tasvirlangan.
O‘ta yuqori temperaturalarda esa tebranma harakat shunchalik kuchayadiki, natijada atomlarni tutib turuvchi bog‘ uzilib ketib erkin atomlarga aylanadi, ya’ni dissosatsiyalanish kuzatiladi.
E’TIBORLARINGIZ UCHUN RAXMAT
