TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA.

ESCALA ABSOLUTA DE TEMPERATURAS.
LEYES DE LOS GASES 

¿Cuál es la diferencia entre un sólido, un líquido o un gas?
En un sólido las fuerzas entre las partículas que lo forman son muy grandes, por eso están muy juntas formando estructuras ordenadas. Aún en los sólidos las partículas no están quietas, tienen un movimiento de vibración.

En un gas las fuerzas de atracción entre las partículas, aunque existen, son muy débiles. Por tanto, se mueven en todas direcciones chocando continuamente unas con otras y contra las paredes del recipiente que las contiene. Existe una gran separación entre las partículas, grandes espacios vacíos.

En un líquido la situación es intermedia. Las fuerzas entre partículas no son tan grandes como en los sólidos, ni tan débiles como en los gases. Las partículas están más separadas que en los sólidos, pero mucho menos que en los gases. 

¿Por qué, generalmente, los sólidos tienen densidades elevadas mientras que los gases tienen una densidad baja y los líquidos presentan valores intermedios?

Si nos fijamos en la explicación anterior comprenderemos que en los sólidos la materia (partículas) tiende a estar muy junta. La masa por unidad de volumen será grande. En los gases, al ser muy grande la separación entre las partículas, tendremos densidades pequeñas (poca masa por unidad de volumen) y en los líquidos la situación será intermedia.

¿Qué ocurre cuando calentamos una sustancia?

Cuando calentamos damos energía. Esta energía es transferida a las partículas que forman la materia lo que motiva que se muevan con mayor velocidad. 

Si por el contrario enfriamos, quitamos energía a las partículas que se moverán ahora más lentamente.

El que una sustancia esté en un estado u otro depende de que las fuerzas que tienden a juntar las partículas sean capaces de contrarrestar la tendencia a separarse, que será tanto mayor cuanto mayor sea su energía. Si bajamos la temperatura, las partículas se moverán más lentamente y las fuerzas atractivas serán capaces de mantenerlas más juntas (el gas se transforma en líquido y si seguimos enfriando en sólido).

Si tenemos un sólido y lo calentamos el movimiento de vibración irá aumentando hasta que la energía sea suficiente para superar las fuerzas que las mantienen en sus posiciones. El sólido funde y se transforma en un líquido. Si seguimos calentando pasará a gas. 

¿Por qué los gases ejercen presión sobre las paredes de los recipientes? ¿Por qué la presión aumenta si metemos más gas o elevamos su temperatura?

Según la teoría cinética, la presión de un gas es debida a los continuos choques de las partículas que lo forman contra las paredes del recipiente. Así entendemos que si metemos más gas en el recipiente la presión aumenta (más choques) y si sacamos gas la presión disminuye (menos choques). 

Si elevamos la temperatura, las partículas se moverán más rápidamente, lo que provocará un aumento de los choques. Si enfriamos, se moverán más lentamente, menos choques.

ESCALA ABSOLUTA DE TEMPERATURAS.

La teoría cinética de la materia brinda la posibilidad de establecer una escala de temperaturas
cuyo cero no sea arbitrario (como en el caso de la escala centígrada, por ejemplo). El razonamiento
sería el siguiente:
Si la temperatura de una sustancia es proporcional a la energía de sus partículas (átomos, moléculas…)
el cero de temperaturas debería fijarse allí donde las partículas no tuvieran energía. Esto es, cuando
estuvieran totalmente quietas.
Este es el criterio para fijar el cero de la escala absoluta de temperaturas, cuya unidad es el kelvin (K).
El cero de la escala absoluta se corresponde con – 273 0C (más exactamente - 273,15 0C).

LEY DE LOS GASES

La teoría cinética de la materia permite justificar el comportamiento de los gases. Por ejemplo la presión (P) de un gas depende de la cantidad de gas (n), del volumen del recipiente (V) y de

la temperatura (T):

P = f (n, V, T)

Podemos investigar cómo influye cada una de las variables (n, V y T) en la presión ejercida por el gas

procediendo de la siguiente manera:

• ¿Cómo saber la influencia de la cantidad de gas presente? Mantenemos invariables el volumen y la

temperatura y vamos variando la cantidad de gas.

• ¿Cómo determinar la influencia del volumen del recipiente? Mantenemos invariables la cantidad de

gas y la temperatura y vamos variando el volumen.

• ¿Cómo determinar la influencia de la temperatura? Mantenemos invariables la cantidad de gas y el

volumen y vamos variando la temperatura. 

1. Relación entre presión y cantidad de gas. Se mantienen invariables (V) y (T)

• ¿Cómo hacerlo?

• Bloquear el émbolo para que no pueda subir ni bajar, así aseguraremos que el volumen permanece invariable.
• No calentar ni enfriar. (T)se mantiene invariable.
• Bombear gas al interior del recipiente. 

Al introducir más gas la presión aumentará, ya que como aumentan el número de moléculas de

gas los choques contra las paredes serán más frecuentes.

Tomando datos de presión y cantidad de gas, llegaríamos a la conclusión de que la presión y la

cantidad de gas son directamente proporcionales. 

2. Relación entre presión y temperatura. Se mantienen invariables la cantidad de gas y el volumen. 

Procesos a volumen constante. Procesos ISOCOROS

• ¿Cómo hacerlo?

• Bloquear el émbolo para que no pueda subir ni bajar, así aseguraremos que el volumen permanece invariable.
• Calentar o enfriar para variar (T).
• Observar lo que indica el manómetro 

Al calentar las moléculas del gas se moverán más rápido. En consecuencia, los impactos contra

las paredes serán más violentos y frecuentes con lo que aumentará la presión.

Un estudio más cuidadoso nos mostraría que "en un proceso a volumen constante, la presión y

la temperatura absoluta (en kelvin) son directamente proporcionales". Ley de Gay-Lussac 

3. Relación entre presión y volumen. Se mantienen invariables la cantidad de gas y la temperatura.

Procesos a temperatura constante. Procesos ISOTERMOS

• ¿Cómo hacerlo?

• No calentar ni enfriar para que (T) se mantenga constante.
• Aumentar (o disminuir) la presión actuando sobre el émbolo.
• Observar el volumen ocupado por el gas. 

Al disminuir el volumen las moléculas tienen menos espacio disponible y chocarán más frecuentemente contra las paredes del recipiente lo que provocará un aumento de la presión. 

Estudiando datos de presión y volumen llegaríamos a la conclusión de que "en un proceso a temperatura constante, presión y volumen son inversamente proporcionales". Ley de Boyle- Mariotte

4. Relación entre temperatura y volumen. Se mantienen invariables la cantidad de gas y la presión.

Procesos a presión constante. Procesos ISOBAROS

• ¿Cómo hacerlo?

• Dejar el émbolo libre para que la presión no varíe.
• Calentar o enfriar para variar (T).
• Observar el volumen ocupado por el gas. 

Al calentar las moléculas se mueven más rápido, lo que provocará un aumento inicial de presión, pero como el émbolo es móvil es empujado hacia arriba, produciéndose un aumento del volumen. Al aumentar el volumen disminuye la presión compensando el aumento inicial. La presión, al final, permanecerá invariable. 

Tomando datos de temperatura y volumen llegaríamos a la conclusión de que "en un proceso a presión constante, temperatura y volumen son directamente proporcionales". Ley de Charles