Gaz monoatomique

En physique et en chimie , “monatomique” est une combinaison des mots “mono” et “atomique”, et signifie ” atome unique “. Elle s’applique généralement aux gaz : un gaz monoatomique est un gaz dans lequel les Atomes ne sont pas liés les uns aux autres. Les exemples dans des conditions standard de température et de pression incluent tous les gaz nobles ( hélium , néon , argon , krypton , xénon et radon ), bien que tous les Éléments chimiques soient monoatomiques en phase gazeuse à une température suffisamment élevée (ou très basse pression). Lele comportement thermodynamique d’un gaz monoatomique est beaucoup plus simple par rapport aux gaz polyatomiques car il est exempt de toute énergie de rotation ou de vibration . ^[1]

gaz nobles

Les seuls Éléments chimiques qui sont des Atomes simples stables (ils ne sont donc pas des Molécules ) à température et pression standard (STP) sont les gaz nobles . Ce sont l’hélium , le néon , l’ argon , le krypton , le xénon et le radon . Les gaz nobles ont une enveloppe de valence externe complète, ce qui en fait des espèces plutôt non réactives. ^[2] Alors que ces éléments ont été décrits historiquement comme complètement inertes, des composés chimiques ont été synthétisés avec tout sauf le néon et l’hélium. ^[3]

Regroupés avec les gaz diatomiques homonucléaires comme l’azote (N ₂ ), les gaz nobles sont appelés « gaz élémentaires » pour les distinguer des Molécules qui sont aussi des composés chimiques .

Propriétés thermodynamiques

Le seul mouvement possible d’un atome dans un gaz monoatomique est la translation (l’excitation électronique n’est pas importante à température ambiante). Ainsi par le théorème d’ équipartition , l’ énergie cinétique d’un seul atome d’un gaz monoatomique à la température thermodynamique T est donnée par 3 2 k b T {displaystyle {frac {3}{2}}k_{b}T} , où k _b est la Constante de Boltzmann . Une mole d’Atomes contient un nombre d’Avogadro ( N a {displaystyle {mathcal {N}}_{a}} ) d’Atomes, de sorte que l’énergie d’une mole d’Atomes d’un gaz monoatomique est 3 2 k b T N a = 3 2 R T {displaystyle {frac {3}{2}}k_{b}T{mathcal {N}}_{a}={frac {3}{2}}RT} , où R est la constante des gaz .

Dans un processus adiabatique , les gaz monoatomiques ont un facteur γ idéalisé ( C _p / C _v ) de 5/3, par opposition à 7/5 pour les gaz diatomiques idéaux où la rotation (mais pas la vibration à température ambiante) contribue également. Aussi, pour les gaz monoatomiques idéaux : ^{[4] [5] [6]}

la capacité calorifique molaire à pression constante ( C _p ) est de 5/2 R = 20,8 J K ⁻¹ mol ⁻¹ (4,97 cal K ⁻¹ mol ⁻¹ ). la capacité calorifique molaire à volume constant ( C _v ) est de 3/2 R = 12,5 J K ⁻¹ mol ⁻¹ (2,98 cal K ⁻¹ mol ⁻¹ ).

Références

1. ^ “gaz monoatomique” . Encyclopædia Britannica . Récupéré le 6 juin 2016 .
2. ^ Laszlo, Pierre; Schrobilgen, Gary J. (1988-04-01). “Ein Pionier oder mehrere Pioniere? Die Entdeckung der Edelgas-Verbindungen”. Angewandte Chimie . 100 (4): 495–506. doi : 10.1002/ange.19881000406 . ISSN 1521-3757 .
3. ^ Christe, Karl O. (2001-04-17). “Une renaissance dans la chimie des gaz nobles” . Angewandte Chemie International Edition . 40 (8): 1419–1421. doi : 10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1419::aid-anie1419>3.0.co;2-j . ISSN 1521-3773 . PMID 11317290 .
4. ^ Capacité thermique d’un gaz parfait
5. ^ Capacité thermique des gaz parfaits
6. ^ Conférence 3 : Thermodynamique des gaz parfaits et calorimétrie ^{[ lien mort permanent ]} , p. 2