Prawo Dulonga-Petita

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Prawo Dulonga-Petita – empiryczne prawo dotyczące ciepeł molowych pierwiastków chemicznych które głosi że:

pierwiastki w stanie stałym wykazują molową pojemność cieplną równą ok. 26 J/(mol·K)[1][2].

Wielkość ta odpowiada w przybliżeniu trzykrotnej stałej gazowej.

Prawo sformułowali w roku w 1819 Pierre Louis Dulong i Alexis Thérèse Petit[3].

W warunkach normalnych zgadza się to w pewnym przybliżeniu z wartością wyznaczoną eksperymentalnie dla większości pierwiastków chemicznych znanych w czasie formułowania tego prawa.

Od powyższej reguły znacznie odbiegają przede wszystkim pierwiastki lekkie, np. wodór (10 J·mol−1·K−1), bor (11 J·mol−1·K−1) i węgiel (7,5 J·mol−1·K−1). Niezależnie od tego, ciepła atomowe zależą od temperatury – w niskich temperaturach molowe ciepło atomowe zbliża się asymptotycznie do zera[1][2].

Teoretyczne wyjaśnienie tego prawa opiera się na zasadach termodynamiki statystycznej i przyjęciu założenia, że wszystkie atomy w krysztale zachowują się jak oscylatory harmoniczne. Ze względu na odchylenia atomów od tego modelu (są oscylatorami kwantowymi), słuszność ustaleń Dulonga-Petita załamuje się dla niskich temperatur oraz dla pierwiastków, które tworzą kryształy z nierównocennymi wiązaniami chemicznymi - np. grafit.

Pierwsze teoretyczne wyjaśnienie podał Albert Einstein w latach 1905–1907 opierając się na teorii kwantowej Maxa Plancka. Wyjaśnienie to uzupełnił w r. 1912 Peter Debye. Oparł się on, podobnie jak Einstein, na hipotezie drgań atomów w ciele stałym, ale uwzględnił trzy stopnie swobody tych drgań. Dowolne ciało stałe przedstawia środowisko drgających atomów, wypełnione mnóstwem fal stojących o różnej długości, czyli o różnej częstotliwości. Amplituda tych drgań jest wprawdzie bardzo niewielka, ale zakres częstotliwości bardzo obszerny. Obejmuje on głównie dwa pasy: częstotliwości niskie (dźwiękowe i ultradźwiękowe) i częstotliwości wysokie (sięgające do podczerwieni). W roku 1946 teoria Debye'a została skorygowana przez francuskiego fizyka Léona Brillouina, a wkrótce również przez szereg innych fizyków, którzy zaczęli uwzględniać w widmie drgań tzw. efekty anharmoniczne. Dzięki tym efektom widmo drgań rozszerza się bardzo wybitnie, głównie w kierunku fal długich, zatem częstotliwości radiowych[4].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. 1,0 1,1 ciepło atomowe. W: Encyklopedia techniki. Chemia. Warszawa: WNT, 1965, s. 130.
  2. 2,0 2,1 Dulonga i Petita prawo. W: Encyklopedia techniki. Chemia. Warszawa: WNT, 1965, s. 173–174.
  3. Alexis-Thérèse Petit, Pierre-Louis Dulong. Recherches sur quelques points importants de la Théorie de la Chaleur. „Annales de Chimie et de Physique”. 10, s. 395–413, 1819 (fr.).  (tłumaczenie na j. ang.)
  4. Stefan Manczarski, W świetle biofizyki, radiofizyki i cybernetyki

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]