Teoría Molecular Cinética de Gases

La teoría cinética de los gases es un modelo científico que explica el comportamiento físico de un gas como el movimiento de las partículas moleculares que componen el gas. En este modelo, las partículas submicroscópicas (átomos o moléculas) que forman el gas se mueven continuamente en un movimiento aleatorio, colisionando constantemente no solo entre sí, sino también con los lados de cualquier recipiente dentro del cual se encuentre el gas. Es este movimiento el que produce propiedades físicas del gas, como el calor y la presión..

La teoría cinética de los gases también se llama solo la Teoría cinética, o la modelo cinético, o la modelo cinético-molecular. También se puede aplicar de muchas maneras a fluidos y gases. (El ejemplo del movimiento browniano, discutido a continuación, aplica la teoría cinética a los fluidos).

Historia de la teoría cinética.

El filósofo griego Lucrecio fue un defensor de una forma temprana de atomismo, aunque esto fue descartado en gran medida durante varios siglos a favor de un modelo físico de gases construido sobre el trabajo no atómico de Aristóteles. Sin una teoría de la materia como partículas diminutas, la teoría cinética no se desarrolló dentro de este marco aristotélico..

El trabajo de Daniel Bernoulli presentó la teoría cinética a una audiencia europea, con su publicación de 1738 de Hidrodinámica. En ese momento, incluso principios como la conservación de la energía no se habían establecido, por lo que muchos de sus enfoques no fueron ampliamente adoptados. Durante el siglo siguiente, la teoría cinética se adoptó más ampliamente entre los científicos, como parte de una tendencia creciente hacia los científicos que adoptan la visión moderna de la materia como compuesta de átomos..

Uno de los linchadores para confirmar experimentalmente la teoría cinética, y el atomismo es general, estaba relacionado con el movimiento browniano. Este es el movimiento de una pequeña partícula suspendida en un líquido, que bajo un microscopio parece sacudirse aleatoriamente. En un aclamado artículo de 1905, Albert Einstein explicó el movimiento browniano en términos de colisiones aleatorias con las partículas que componían el líquido. Este documento fue el resultado del trabajo de tesis doctoral de Einstein, donde creó una fórmula de difusión aplicando métodos estadísticos al problema. El físico polaco Marian Smoluchowski, que publicó su trabajo en 1906, realizó un resultado similar de forma independiente. Juntas, estas aplicaciones de la teoría cinética contribuyeron en gran medida a la idea de que los líquidos y gases (y, probablemente, también sólidos) están compuestos de pequeñas particulas.

Suposiciones de la teoría cinética molecular

La teoría cinética implica una serie de supuestos que se centran en poder hablar sobre un gas ideal..

• Las moléculas se tratan como partículas puntuales. Específicamente, una implicación de esto es que su tamaño es extremadamente pequeño en comparación con la distancia promedio entre partículas.
• El número de moléculas (norte) es muy grande, en la medida en que no es posible rastrear comportamientos de partículas individuales. En cambio, se aplican métodos estadísticos para analizar el comportamiento del sistema en su conjunto..
• Cada molécula se trata como idéntica a cualquier otra molécula. Son intercambiables en términos de sus diversas propiedades. De nuevo, esto ayuda a respaldar la idea de que no es necesario realizar un seguimiento de las partículas individuales y que los métodos estadísticos de la teoría son suficientes para llegar a conclusiones y predicciones..
• Las moléculas están en constante movimiento aleatorio. Obedecen las leyes del movimiento de Newton.
• Las colisiones entre las partículas, y entre las partículas y las paredes de un recipiente para el gas, son colisiones perfectamente elásticas..
• Las paredes de los contenedores de gases se tratan como perfectamente rígidas, no se mueven y son infinitamente masivas (en comparación con las partículas).

El resultado de estos supuestos es que tiene un gas dentro de un contenedor que se mueve al azar dentro del contenedor. Cuando las partículas del gas chocan con el costado del contenedor, rebotan en el costado del contenedor en una colisión perfectamente elástica, lo que significa que si golpean en un ángulo de 30 grados, rebotarán en un ángulo de 30 grados. ángulo. El componente de su velocidad perpendicular al lado del contenedor cambia de dirección pero conserva la misma magnitud..

La ley del gas ideal

La teoría cinética de los gases es significativa, ya que el conjunto de supuestos anteriores nos lleva a derivar la ley del gas ideal, o ecuación del gas ideal, que relaciona la presión (pag), volumen (V) y temperatura (T), en términos de la constante de Boltzmann (k) y el número de moléculas (norte) La ecuación de gas ideal resultante es:

pV = NkT