TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR DE LOS GASES IDEALES
En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.
Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos.
El comportamiento de los gases según la teoría cinética de la materia:
Toda la materia (solida, liquida y gaseosa) está formada por partículas en constante movimiento. A causa de este movimiento aleatorio las partículas de la materia tienen energía cinética. y de acuerdo a esto, se puede deducir: Entre menor sea la energía cinética menor será la temperatura absoluta y entre mayor sea la energía cinética mayor será la temperatura absoluta.
Otra opción para aproximarse al comportamiento de los gases: a través de la teoría atómica que postula, básicamente, que todas las sustancias están compuestas por un gran número de pequeñas partículas (moléculas o átomos). En principio, las propiedades observables de cualquier gas (presión, volumen y temperatura) están directamente ligadas a las moléculas que lo componen.
SE PUEDE DEDUCIR QUE: Entre menor sea la energía cinética menor será la temperatura absoluta y entre mayor sea la energía cinética mayor será la temperatura absoluta.
La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en los siguientes postulados:
1.- Un gas consiste en un conjunto de pequeñas partículas que se trasladan con movimiento rectilíneo y obedecen las leyes de Newton.
2.-Las moléculas de un gas no ocupan volumen.
3.-Los choques entre las moléculas son perfectamente elásticos (esto quiere decir que no se gana ni se pierda energía durante el choque)
4.-No existen fuerzas de atracción ni de repulsión entre las moléculas.
5.-El promedio de energía cinética de una molécula es de 3kT/2 (siendo T la temperatura absoluta y k la constante de Boltzmann).
Algunos de los hechos experimentales que llevaron a cabo los científicos, se explican en la siguiente tabla:
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Hecho
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Teoría
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Una muestra de gas de
cualquier peso llenara uniformemente un recipiente cerrado. Si el recipiente
es poroso, el gas escapa a través de los poros que no pueden verse en el
microscopio
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Los gases están
constituidos por partículas llamadas moléculas, que tiene un movimiento
rápido y desordenado. Una molécula se mueve en línea recta hasta que choca
con otra o con las paredes del recipiente. Por ser pequeñas, pueden pasar
atreves de poros minúsculos para salir del recipiente
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El peso de una sustancia
ocupa como gas un volumen que es mucho mayor que el que ocupa como líquido.
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Las moléculas de un gas
están muy separadas unas de otras a la temperatura y presión normales.
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Un gas ejerce siempre una
determinada presión sobre las paredes del recipiente cerrado que lo contiene.
Mientras el volumen sea constante y no se gane ni se pierda calor esta
presión permanece constante por tiempo indefinido.
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Las colisiones entre las
moléculas son perfectamente elásticas; esto es no hay un cambio neto de
energía cinética. Si se perdiera energía, la temperatura y la presión
disminuirían.
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En un recipiente cerrado
de volumen constante, un gas ejerce cierta presión que es fija mientras la
temperatura no cambie. Si se calienta el gas se eleva la presión. Si se
enfría la presión disminuye.
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A medida que la
temperatura aumenta, las moléculas se mueven, mas rápido y chocan contra las
paredes con mas fuerza y mas frecuencia. La energía cinética de las moléculas
es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
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Si un gas se comprime,
quizá enfriándolo al mismo tiempo, termina por licuarse.
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Las moléculas de un gas
si tiene cierta atracción mutua. Esta fuerza de atracción es suficiente para
mantener las partículas en forma de líquido en ciertas condiciones.
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Un cuerpo en movimiento
como una pelota de golf o un martillo, tiene cierta cantidad de energía
cinética que depende de dos factores: la masa de dicho cuerpo y su
aceleración o velocidad; expresado matemáticamente: Ec = ½ m v2
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El hecho de que la
expresión: Ec = ½ m v2 sea cierta para todo tipo de cuerpo en
movimiento es una buena razón para creer que también es cierta para las
moléculas en movimiento de los gases
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La evidencia experimental
muestra que los gases densos se difunden con mayor lentitud que los gases
menos densos a la misma temperatura.
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A una determinada
temperatura, las moléculas pesadas se mueven con mayor lentitud que las mas
ligeras, sus energías cinéticas promedio son iguales
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Un gas ejerce una presión
uniforme (fuerza por unidad de área) sobre todas las paredes de un recipiente
cerrado.
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Las moléculas móviles
chocan contra las paredes del recipiente en forma desordenada. La presión del
gas es la suma de las presiones ejercidas por billones y billones de las
moléculas móviles.
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Cuando la presión que
sobre él se ejerce cesa, el gas se expande
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Las moléculas se mueven
en forma desordenada y ejercen poca atracción entre sí. Si el espacio
disponible aumenta, las moléculas se separan mas
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El volumen de cierta
cantidad de gas puede disminuirse por compresión
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Las moléculas del gas se
acercan a otras por efecto de un aumento de presión.
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