Heeft één molecuul een temperatuur?

'Temperatuur' wordt uitgelegd als de beweging van moleculen. Als de moleculen stilstaan is de minimuum temperatuur bereikt (0 Kelvin).

Maar kan je de temperatuur bepalen van één molecuul?

Weet jij het antwoord?

/2500

Nee, moleculen, atomen en andere deeltjes hebben géén temperatuur. Temperatuur en druk in een gas zijn zogenaamd "emergente" verschijnselen. Dt zijn verschijnselen die we macroscopisch definieren. Als je temperatuur meet met een vloeistofthermometer, dan meet je de uitzetting die ontstaat doordat de atomen/moleculen sneller bewegen. Hetzelfde gebeurt als mensen op een drukke markt hardergaan lopen. Dan lopen ze alles omver, zelfs de omheining van de marktplaats. Druk ontstaat door botsingen van atomen tegen een wand vanwege hun snelheid.

Een (1) molecuul of atoom heeft geen temperatuur. Temperatuur ontstaat door interactie tussen materie. Als er slechts 1 molecuul of atoom is, is er geen interactie mogelijk, ergo geen temperatuur.

Temperatuur is (inter) moleculaire trilling. Ook extreem dunne gasmengsels en zelfs de ruimte kan temperatuur hebben, daar zit soms nog geen atoom (of molecule ) per kubieke meter in. Als je deze ruimte dan toch een temperatuur toekent, is dat de temperatuur van dat ene atoom/molecule. Het is dan ook redelijk om te stellen dat een atoom/molecule een temperatuur heeft omdat het trilt, de mate waarin het trilt is bepalend voor de temperatuur. Mijn antwoord is dus JA. Toegevoegd na 15 minuten: Zo is onze thermosfeer bijzonder heet maar de luchtdichtheid zeer gering (astronauten ervaren dat echter geheel anders) Bij gassen raken de atomen/moleculen elkaar praktisch niet en zelfs water raakt elkaar maar 15% . Het elkaar raken of dicht in elkaars omgeving verkeren is dus geen reden om wel of geen temperatuur aan iets toe te kennen. Men kan eigenlijk alleen temperatuur toekennen aan de materie in die ruimte, ook als het maar een atoom is. Daar mogen anderen gerust anders over denken..... Mijn visie is niet bedoelt als diskwalificatie van een andere, mij standpunt wijkt daar dan gewoon van af. Toegevoegd na 4 uur: De vraag was of EEN atoom een temperatuur heeft, de vraag is niet of men van een atoom de temperatuur kan meten.Dat is een heel ander verhaal.

Nee, je kan niet de temperatuur bepalen van 1 molecule. Enerzijds is de temperatuur namelijk de gemiddelde beweging van een aantal moleculen (er zit namelijk een lichte afwijking in de snelheid waarmee de verschillende moleculen bewegen). Bovendien kan deze snelheid van 1 molecuul niet bepaald worden. Dit heeft te maken met het onzekerheidsprincipe van heisenberg dat stelt dat je van een deeltje niet tegelijkertijd de positie als de snelheid met 100% zekerheid kan bepalen. Als je dan de temperatuur zou bepalen (en dus de snelheid van de beweging) kan je de positie er niet meer van bepalen en wie zegt dat je dan wel de molecule 'gemeten' hebt die je wilde meten?

Nee, moleculen kunnen wel verschillende vormen van kinetische energie hebben, (translatie, rotatie, en vibratie). Dat is vooral van belang bij twee-atomige moleculen. Het systeem moet echter macroscopisch zijn om de temperatuur te bepalen. Bij een temperatuur vlak bij de 0 K is de temperatuur van atomen wel direct gemeten (7 mm/s) en is die waarde gebruikt om de temperatuur te bepalen (normaal bewegen gasatomen met ongeveer 500 m/s). Daarbij ging men er waarschijnlijk van uit dat al de atomen van de gekoelde materie ongeveer dat soort snelheden hadden en is de gemeten snelheid beschouwd als een steekproef. De snelheid van één molecuul zegt op eigenlijk niets, want die is altijd ten opzichte van andere moleculen. Tweeatomige of grotere moleculen kunnen echter ook nog allerlei vibraties en rotaties uitvoeren en ik denk persoonlijk dat je dan aan een systeem van 1 molecuul vanwege de vibratieenergie wel een temperatuur kan toekennen, omdat in dat geval het molecuul een objectief meetbare hoeveelheid energie heeft. Via de constante van Boltzmann kun je die energie omzetten naar temperatuur en vice versa. Toegevoegd na 1 minuut: Antwoord zou dus eigenlijk ja moeten zijn, als het een twee atomig molecuul is.

Van één enkel molecule kun je de kinetische (translatie-, rotatie- of vibratie)energie bepalen. Als je die dan deelt door de constante van Boltzmann, dan vind je iets dat je de temperatuur van dat molecule zou kunnen noemen. Echter, je gaat dan voorbij aan de essentie van het begrip temperatuur. Want daarbij gaat het erom, dat deeltjes op allerlei manieren energie met elkaar kunnen uitwisselen, terwijl de gemiddelde waarde toch behouden blijft. Het begrip temperatuur heeft dus alleen maar nut als je het toepast op grote hoeveelheden deeltjes.

Stel zelf een vraag

Ben je op zoek naar het antwoord die ene vraag die je misschien al tijden achtervolgt?

/100