Leyes de los gases
En otros apartados se ha mencionado que muchas de las propiedades de los sólidos, líquidos y gases podrían explicarse si asumiéramos que las sustancias están formadas por átomos o moléculas en constante movimiento. La ley de Boyle y las demás leyes de los gases nos han proporcionado ahora mucha más información cuantitativa sobre los gases, y cabe preguntarse si con el modelo anterior podemos hacer predicciones cuantitativas acordes con estas leyes. Al responder a esta pregunta, también obtendremos importantes conocimientos sobre la naturaleza de la temperatura y de la energía calorífica.
4 Cuando se producen colisiones, las moléculas no pierden energía cinética; es decir, se dice que las colisiones son perfectamente elásticas. La energía cinética total de todas las moléculas permanece constante a menos que se produzca alguna interferencia exterior con la
(u2)ave = promedio (o media) de los cuadrados de todas las velocidades moleculares individuales. Esta velocidad media cuadrática debe utilizarse porque la presión es proporcional al cuadrado de la velocidad molecular, y las colisiones moleculares hacen que distintas moléculas tengan velocidades bastante diferentes.
¿Cuál es la teoría cinética de los gases?
Según la teoría cinética de los gases, una molécula de gas se mueve en línea recta con velocidad constante. Cuando choca con otra molécula, cambia de dirección. Entre colisión y colisión, las moléculas se mueven en línea recta con velocidades constantes.
¿Cuáles son los 5 supuestos de la teoría cinética de los gases?
La teoría cinético-molecular de los gases supone que las moléculas de los gases ideales (1) están en constante movimiento; (2) tienen un volumen despreciable; (3) tienen fuerzas intermoleculares despreciables; (4) sufren colisiones perfectamente elásticas; y (5) tienen una energía cinética media proporcional a la temperatura absoluta del gas ideal.
Constante de gas
La teoría cinética describe un gas como un gran número de partículas submicroscópicas (átomos o moléculas), todas ellas en constante movimiento aleatorio. Las partículas en rápido movimiento chocan constantemente entre sí y con las paredes del recipiente. La teoría cinética explica las propiedades macroscópicas de los gases, como la presión, la temperatura, la viscosidad, la conductividad térmica y el volumen, teniendo en cuenta su composición molecular y su movimiento. La teoría postula que la presión de los gases se debe a los impactos, sobre las paredes de un recipiente, de moléculas o átomos que se mueven a distintas velocidades.
Según este modelo, la mayor parte del volumen ocupado por un gas es espacio vacío; ésta es la principal característica que distingue a los gases de los estados condensados de la materia (líquidos y sólidos) en los que las moléculas vecinas están constantemente en contacto. Las moléculas de gas están en movimiento rápido y continuo; a temperaturas y presiones ordinarias, sus velocidades son del orden de 0,1-1 km/s y cada molécula experimenta aproximadamente 1010 colisiones con otras moléculas cada segundo.
Fórmula de la energía cinética
Todas las leyes de los gases (por ejemplo, la ley de Boyle, la ley de Charles, etc.) son enunciados concisos de hechos experimentales observados en el laboratorio por los científicos. La realización de experimentos cuidadosos es un aspecto importante del método científico y nos indica cómo se comporta un sistema concreto en diferentes condiciones. Sin embargo, una vez establecidos los hechos experimentales, el científico siente curiosidad por saber por qué el sistema se comporta de esa manera. Para responder a esta pregunta se construye una teoría. Una teoría es un modelo (es decir, una imagen mental) que nos permite comprender mejor nuestras observaciones. La teoría que intenta dilucidar el comportamiento de los gases se conoce como teoría cinética molecular.
Las moléculas se mueven rápidamente de forma totalmente aleatoria. Durante su movimiento, chocan entre sí y con las paredes del recipiente. La presión del gas se debe a las colisiones de las moléculas con las paredes del recipiente.
En cualquier instante, una molécula dada puede tener una energía cinética que oscila entre un valor pequeño y un valor muy grande, pero la energía cinética media permanece constante para una temperatura dada, es decir, la energía cinética media es proporcional a la temperatura absoluta del gas.
Líquidos y gases
Los gases fueron una de las primeras sustancias estudiadas con el método científico moderno, desarrollado en el siglo XVII. No se tardó mucho en reconocer que todos los gases compartían ciertos comportamientos físicos, lo que sugirió que los gases podían describirse mediante una teoría global. La teoría cinética molecular de los gases es un modelo que nos ayuda a comprender las propiedades físicas de los gases a nivel molecular. Se basa en los siguientes conceptos:
Figura 6.6 “La teoría cinética molecular de los gases”. La teoría cinética molecular de los gases describe este estado de la materia como compuesto por partículas diminutas en constante movimiento con mucha distancia entre las partículas.
Dado que la mayor parte del volumen ocupado por un gas es espacio vacío, un gas tiene una densidad baja y puede expandirse o contraerse bajo la influencia adecuada. El hecho de que las partículas del gas estén en constante movimiento significa que dos o más gases siempre se mezclarán a medida que las partículas de los gases individuales se muevan y choquen entre sí. El número de colisiones que las partículas de gas hacen con las paredes de su recipiente y la fuerza con la que colisionan determinan la magnitud de la presión del gas.