Fórmula de la teoría cinética de los gases
La teoría cinética es una teoría científica sobre la naturaleza de los gases. Recibe varios nombres, como teoría cinética de los gases, teoría cinético-molecular, teoría de las colisiones y teoría cinético-molecular de los gases. Explica las propiedades observables y medibles, también llamadas macroscópicas, de los gases en términos de su composición y actividad molecular. Mientras que Isaac Newton teorizó que la presión de un gas se debe a la repulsión estática entre moléculas, la teoría cinética sostiene que la presión es el resultado de las colisiones entre moléculas.
La teoría cinética hace una serie de suposiciones sobre los gases. En primer lugar, un gas está formado por partículas muy pequeñas, cada una con una masa distinta de cero, que se mueven constantemente de forma aleatoria. El número de moléculas de una muestra de gas debe ser lo suficientemente grande como para poder realizar una comparación estadística.
La teoría cinética supone que las moléculas de gas son perfectamente esféricas y elásticas, y que sus colisiones con las paredes de su recipiente también son elásticas, lo que significa que no provocan ningún cambio de velocidad. El volumen total de las moléculas de gas es despreciable en comparación con el volumen total de su recipiente, lo que significa que hay un amplio espacio entre las moléculas. Además, el tiempo durante la colisión de una molécula de gas con la pared del recipiente es despreciable en relación con el tiempo entre colisiones con otras moléculas. La teoría se basa además en la suposición de que cualquier efecto relativista o mecánico cuántico es despreciable, y que cualquier efecto de las partículas de gas entre sí es despreciable, con la excepción de la fuerza ejercida por las colisiones. La temperatura es el único factor que afecta a la energía cinética media, o energía debida al movimiento, de las partículas del gas.
Energía cinética del electrón
Todo lo que nos rodea y ocupa espacio está formado por partículas diminutas. El aire que respiramos, los utensilios que utilizamos para comer e incluso el agua que bebemos. Estudiar la teoría cinética de las moléculas puede abrirnos la mente a por qué estas cosas se comportan como lo hacen. Para entenderlo mejor, sigue leyendo para saber más sobre la teoría cinética de los gases y la energía cinética de una molécula.
Según la teoría cinética molecular, toda la materia está formada por partículas diminutas que existen como átomos, iones y moléculas, que se mueven constantemente de forma aleatoria. Cuando se observan a través de un microscopio, las diminutas partículas de un fluido pueden verse moviéndose de forma aleatoria y errática. Este movimiento se denomina movimiento browniano.
Las partículas de un sólido están muy juntas, siguiendo un patrón regular, y vibran en el acto. Las partículas de un líquido también están muy juntas, pero de forma aleatoria, y se mueven unas alrededor de otras. Las partículas de un gas están muy separadas unas de otras, dispuestas de forma aleatoria, y se mueven rápidamente en todas direcciones. Como las partículas están en constante movimiento, poseen energía cinética.
Teoría de la colisión
Si alguna vez ha cambiado una bombilla incandescente, habrá observado que el interior de la bombilla está recubierto de un polvo negro. En realidad, se trata de átomos de metal que se han escapado del filamento de tungsteno de la bombilla y se han condensado en el cristal (Figura 1). Aunque este pequeño residuo de tungsteno es molesto para los modernos a los que les gusta leer por la noche, a principios del siglo XX las bombillas solían quemar sus filamentos y ennegrecerse muy rápidamente. En 1913, el químico estadounidense Irving Langmuir descubrió una solución sorprendente para mantener las bombillas encendidas: llenar la bombilla con un gas inerte y no tóxico llamado argón.
En el siglo XVII, el matemático italiano Evangelista Torricelli construyó el primer barómetro de mercurio llenando un tubo de vidrio sellado por un extremo con mercurio e invirtiendo el extremo abierto en una cuba llena del metal líquido. Para sorpresa de sus contemporáneos, el tubo permaneció parcialmente lleno, casi como si algo empujara el mercurio de la cuba y obligara al metal líquido a subir por el tubo (figura 2). Lo más significativo es que el nivel al que subía el mercurio en el tubo cambiaba de un día para otro, lo que planteaba a los científicos el reto de explicar cómo el mercurio era forzado a subir por el tubo de cristal cerrado.
Temperatura de la energía
Figura (PageIndex{1}) (Crédito: Cortesía del aviador Maebel Y. Tinoko/U.S. Navy; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_041114-N-2143T-015_Aviation_Structural_Mechanic_Equipmentman_2nd_Class_Jarred_Storm_of_Neoga,_Ill.,_installs_a_Liquid_Oxygen_tank_%2528LOX%2529_into_an_F-A-18C_Hornet.jpg(opens in new window); Licencia: Dominio público)
Aproximadamente el 20% de la atmósfera es oxígeno. Este gas es esencial para la vida. En entornos donde el suministro de oxígeno es escaso, puede suministrarse desde un tanque. Como los gases son muy compresibles, se puede almacenar una gran cantidad de oxígeno en un recipiente relativamente pequeño. Cuando se libera, el volumen se expande y la presión disminuye. El gas queda entonces disponible para la ventilación a presión normal.
La teoría cinético-molecular explica los estados de la materia y se basa en la idea de que la materia está compuesta por partículas diminutas que siempre están en movimiento. Esta teoría ayuda a explicar las propiedades y comportamientos observables de sólidos, líquidos y gases. Sin embargo, la teoría cinético-molecular se entiende más fácilmente cuando se aplica a los gases, y es con los gases con los que comenzaremos nuestro estudio detallado. La teoría se aplica específicamente a un modelo de gas denominado gas ideal. Un gas ideal es un gas imaginario cuyo comportamiento se ajusta perfectamente a todos los supuestos de la teoría cinético-molecular. En realidad, los gases no son ideales, pero están muy cerca de serlo en la mayoría de las condiciones cotidianas.