Teoría cinética de los gases
Tomamos los siguientes valores para las aplicaciones numéricas: a = 4 nm, kBT = 4 × 10-21 J a temperatura ambiente. Se espera una fuerza de 10-12 N, es decir, fuerzas picoNewton. Los valores del coeficiente de difusión D también pueden estimarse. Consideramos la relación de Einstein dada por:
donde η es la viscosidad del disolvente. La relación (2) da D como el cociente de la energía asociada al movimiento browniano sobre la fricción con el disolvente. Tomamos η = 10-3 Pa.s para el agua, y obtenemos típicamente 5 μm2/ms para la estimación, de nuevo consistente con las medidas realizadas con diversas técnicas. Es interesante observar que la distancia típica realizada por una proteína libre será del orden de
: 10 μm en unos 10 ms, lo que corresponde al diámetro típico de la célula. Sin embargo, este movimiento se producirá en cualquier parte de la célula, en contraste con los motores moleculares que transportan proteínas/lípidos a lugares específicos dentro de la célula de forma selectiva.Más allá de estas estimaciones, la naturaleza de este movimiento aleatorio no es intuitiva. Se podría pensar que está asociado a la inercia. La observación del movimiento en la vida cotidiana a nivel macroscópico probablemente provoque esta impresión. Cuando se patea un balón en un partido de fútbol, el balón continúa su trayectoria cuando ha abandonado el pie. De la misma manera, el coloide experimentaría un movimiento sostenido debido a los choques proporcionados por las moléculas del disolvente.Como forma de determinar si esta inercia también está en juego a escala del coloide, se puede calcular un sencillo parámetro adimensional, el número de Reynolds. Se escribe como
¿Qué es la teoría molecular?
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.
¿Cuáles son las teorías de las moléculas?
La teoría del enlace de valencia, la teoría de los orbitales moleculares y la teoría del campo de ligandos son las tres teorías básicas de la química cuántica utilizadas para describir la estructura molecular.
Teoría molecular del magnetismo
Las leyes de los gases que hemos visto hasta ahora, así como la ecuación de los gases ideales, son empíricas, es decir, se han obtenido a partir de observaciones experimentales. Las formas matemáticas de estas leyes describen fielmente el comportamiento macroscópico de la mayoría de los gases a presiones bajas (es decir, inferiores a 1 ó 2 atm). Aunque las leyes de los gases describen relaciones que han sido verificadas por muchos experimentos, no nos dicen por qué los gases siguen estas relaciones.
La teoría cinética molecular (KMT) es un modelo microscópico simple que explica eficazmente las leyes de los gases descritas en los módulos anteriores de este capítulo. Esta teoría se basa en los cinco postulados que se describen a continuación. (Nota: El término “molécula” se utilizará para referirse a las especies químicas individuales que componen el gas, aunque algunos gases están compuestos por especies atómicas, por ejemplo, los gases nobles).
La prueba de la KMT y sus postulados es su capacidad para explicar y describir el comportamiento de un gas. Las diversas leyes de los gases pueden derivarse de los postulados de la KMT, lo que ha llevado a los químicos a creer que los postulados de la teoría representan con exactitud las propiedades de las moléculas de los gases. En primer lugar, examinaremos conceptualmente cada una de las leyes de los gases (leyes de Boyle, de Charles, de Amontons, de Avogadro y de Dalton) para ver cómo las explica la KMT. A continuación, consideraremos más detenidamente las relaciones entre las masas moleculares, las velocidades y las energías cinéticas con la temperatura, y explicaremos la ley de Graham.
Fórmula de la teoría cinética de los gases
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.
Teoría molecular en química
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 ascendía 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 empujado hacia arriba por el tubo de cristal cerrado.