درجة الحرية Degree of freedom
- هي صفة فيزيائية تستخدم في وصف حالة نظام فيزيائي حيث تصف حركة الجزئ فى الفراغ عند الأتزان.
- تتوقف عدد درجات الحرية على تركيب الجزئ وعدد الذرات الموجودة فيه.
- يوجد ثلاث أنواع من درجات الحرية وهى
(1) درجة الحرية الانتقالية Translation degrees of freedom
تنشأ نتيجة تحرك الجزئ فى الفراغ فى الاتجاهات الثلاثة المعروفة X , Y , Z المحور الأفقي والمحور الرأسي و المحور العمودي على الصفحة.
(2) درجة الحرية الدورانية Rotational degrees of freedom
حيث تنشأ الحركة الدورانية نتيجة دوران الجزيء حول محورين عمودين على الرابطة بين ذرتيه.
(3) درجة الحرية الاهتزازية Vibrational degrees of freedom
حيث تنشأ الحركة الاهتزازية تكون عبر الرابطة بين الذرتين حيث تتمدد الرابطة وتنكمش.
حساب عدد درجات الحرية
- عدد درجات الحرية الكلية = عدد درجات الحرية الانتقالية + عدد درجات الحرية الدورانية + عدد درجات الحرية الاهتزازية.
- يتكون الفراغ أو الفضاء من ثلاث محاور ونفترض أن الذرات عبارة عن جسيمات كرية تتحرك فى هذة الاتجاهات الثلاثة.
- تستطيع الذرة المفردة التحرك موازية للمحور الأفقي أو المحور الرأسي أو المحور العمودي على الصفحة، ويكون لها 3 درجات حرية.
- أما غاز تتكون جزيئاته من ذرتين فيكون لها 6 درجات حرية، ونحسبها كالآتي:
3 درجات حرية انتقالية + 2 درجة حرية دورانية + 1 درجة حرية اهتزازية.
درجة الحرية الكلية = 6
أى أن درجة الحرية الكلية = 3N ، حيث N عدد الذرات
قوانين وحسابات هامة عند حساب عدد درجات الحرية لكل المركبات الكيميائية
- عدد درجات الحرية الأنتقالية لكل الجزئيات والذرات المفردة = 3
- عدد درجات الحرية الدورانية للجزئيات الخطية linear دائماً = 2 وللجزئيات الغير خطية non-linear دائماً = 3
- عدد درجات الحرية الأهتزازية للجزئيات الخطية linear دائماً = (3N-5) ، وتكون للجزئيات الغير خطية non-linear دائماً = (3N-6) حيث (N) هو عدد الذرات فى الجزئ.
- عدد درجات الحرية الكلية لكل جزئ =
عدد درجات الحرية الانتقالية + عدد درجات الحرية الدورانية + عدد درجات الحرية الاهتزازية.
- الجدول التالي يوضح ملخص قوانين حساب عدد درجات الحرية لكل المركبات الكيميائية:
السؤال: أحسب درجات الحرية لغاز النيون Ne
- النيون غاز خامل يتكون من ذرة مفردة
- وبإستخدام الجدول السابق يكون:
عدد درجات الحرية الانتقالية = 3
عدد درجات الحرية الدورانية = 0
عدد درجات الحرية الأهتزازية = 0
عدد درجات الحرية الكلية لكل جزئ =
عدد درجات الحرية الانتقالية + عدد درجات الحرية الدورانية + عدد درجات الحرية الاهتزازية
= 3 + 0 + 0 = 3