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jueves, 24 de noviembre de 2016
Indice
TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA
-Conceptos básicos:Materia, energía, estados de la materia, moviente, energía cinética
1.POSTULADOS DE LA TEORÍA.
2. PRÁCTICA DE LOS POSTULADOS DE LA TCM
*Todos los siguientes temas publicados estàn relacionados con la TCM
3.DEDUCCIÓN MATEMÁTICA DE LA PRESIÓN Y LA TEMPERATURA
4.MOVIMIENTO BROWNIANO
5. DEDUCCIÓN DE LAS LEYES DE LOS GASES
6. LEY GENERAL DE LOS GASES
**Video de una práctica
Conceptos basicos
CONCEPTOS BASICOS
Para abordar la teoria cinetica de la materia primero debemos establecer unos conceptos para asi lograr una mas clara apreciacin del material.
Materia y energía,¿Qué son?
La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas. La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).
Y la materia es “todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio”.
El concepto materia alude a todo aquello que tiene la capacidad de adquirir forma, se puede captar con los sentidos, ocupa espacio y forma parte del universo. La materia, que posee distintas formas, tamaños, peso y sustancias conforma a todos los cuerpos existentes. Esta está compuesta por moléculas, átomos e iones y se la puede encontrar en tres estados: líquido, sólido y gaseoso.
La podemos comprender como algo abstracto e intangible, que el ser humano tardo mucho en entender y en poder controlar parcialmente,hay energía en nosotros y en las cosas, pero solo observamos sus efectos cuando se transforma de un tipo de energía a otro.
Se encuentra en varios estados:
-La materia en estado líquido, en cambio, tiene la propiedad de adaptarse al recipiente en el que se encuentra
-La materia en estado sólido se caracteriza por contar con un volumen constante
-la materia en estado gaseoso cuenta con moléculas muy separadas, por lo que se dispersan libremente por todo el lugar en el que son contenidas.
¿Y el movimiento?
En fisica decimos que un cuerpo esta en movimiento con respecto a otro cuando su posicion respecto a ese cuerpo esta cambiando al transcurrir el tiempo
La energia cinetica es la energia que tiene un cuerpo por el hecho de estar en movimiento,por ejemplo:
Una pelota de tenis rodando posiblemente no pueda derribar un bolo de boliche, pero una bola de boliche con la misma rapidez si puede hacerlo ¿porque?, esto se debe a que la bola de bolliche posee mayor energia cinetica que la pelota de tenis.
Fuentes:
-fisica general carlos gutierrez aranzeta
Para abordar la teoria cinetica de la materia primero debemos establecer unos conceptos para asi lograr una mas clara apreciacin del material.
Materia y energía,¿Qué son?
La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas. La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).
Y la materia es “todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio”.
Se encuentra en varios estados:
-La materia en estado líquido, en cambio, tiene la propiedad de adaptarse al recipiente en el que se encuentra
-La materia en estado sólido se caracteriza por contar con un volumen constante
-la materia en estado gaseoso cuenta con moléculas muy separadas, por lo que se dispersan libremente por todo el lugar en el que son contenidas.
¿Y el movimiento?
La energia cinetica es la energia que tiene un cuerpo por el hecho de estar en movimiento,por ejemplo:
Fuentes:
¿En que consiste la Teoría Cinética de la materia?
Entre los siglos XVIII y XIX se desarrolló la teoría cinética de los gases para explicar el comportamiento de los mismos. La teoría cinético-molecular de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en postulados. Estos postulados no se pueden demostrar experimentalmente. Los aceptamos porque las consecuencias que de ellos se derivan si están de acuerdo con la experiencia.
Robert Boyle fue quien inició el estudio científico del comportamiento y propiedades de los gases en el siglo XVII.
Robert Boyle fue quien inició el estudio científico del comportamiento y propiedades de los gases en el siglo XVII.
Muchos investigadores continuaron sus trabajos y sus datos acumulados se usaron en la segunda mitad del siglo XIX para explicar una teoría sobre el comportamiento y propiedades de los gases, este se denomina Teoría Cinética de la Materia y se basa en el movimiento de las partículas. Un gas que se comporta exactamente como describe la teoría se conoce como gas ideal, pero en ciertas condiciones de temperatura y presión, los gases reales se aproximan al comportamiento ideal.
Postulados fundamentales de la Teoría Cinético - Molecular.
1. La sustancia, materia componente de los cuerpos, está constituida por pequeñísimas partículas (átomos, moléculas o agrupaciones de ellas).
2. Entre las partículas constituyentes de los cuerpos existen espacios vacíos.
Espacio intermolecular es el término utilizado en física para referirse a los espacios existentes entre lasmoléculas, al estar éstas en un estado básico de la materia (sólido, líquido o gaseoso). Las moléculas, al pasar por un cambio de estado, cambian su espacio intermolecular junto con su energía cinética.
3. Las partículas interactúan entre sí, de forma tal que cuando se las quiere separar, se atraen y cuando se las quiere unir más, se repelen.
4. Las partículas se encuentran en constante movimiento.
Los postulados de la teoría cinética de los gases son los siguientes:
- Los gases consisten en Moléculas muy separadas en el espacio. El volumen real de las moléculas individuales es despreciable en comparación con el volumen total del gas como un todo (En esta teoría se considera como moléculas a las partículas que forman el gas las cuales en algunos casos son moléculas de uno o varios átomos).
- Las moléculas de los gases están en constante movimiento caótico, chocan entre sí elásticamente (no pierden energía cinética debido a los choques) y pueden transmitir la energía de una molécula a otra.
- La temperatura se considera como una medida de la energía cinética media de todas las moléculas. Es decir, que a una temperatura dada, las moléculas de todos los gases tienen el mismo promedio de energía cinética.
- Las fuerzas de atracción entre las moléculas son despreciables
- La presión de un gas es consecuencia de los choques de las moléculas del gas con las paredes del recipiente que las contiene resultando en una fuerza por unidad de superficie (presión).
Postulados: Teoría Cinética de la Materia 4
En 1803, el químico británico John Dalton utilizó la existencia de átomos para la explicación de las leyes de la Química. De la teoría atómica de Dalton se pudo desprender una primitiva idea de molécula, como resultado de la combinación de dos o más tipos de átomos . Con algunas modificaciones la teoría atómica permaneció vigente y en ella se apoyaron los físicos L.E Botlzmann (arriba) y J.C.Maxwell(abajo) para dar una a conocer una teoría cinético-molecular de la materia
Las bases de la Teoría son los siguientes:
- La materia está formada por un conjunto de átomos y moléculas en continuo movimiento
- El tamaño de las partículas es despreciable frente a la distancia que las separa entre sí
- Las partículas chocan entre sí, y con otras superficies, de manera elástica.
- Las moléculas obedecen las leyes de Newton, pero individualmente se mueven en forma aleatoria, con diferentes velocidades cada una, pero con una velocidad promedio que no cambia con el tiempo.
Autores de la teoría cinética de los gases: James Clerck Maxwell y Ludwig Edward Boltzmann
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Para la TCM en un gas hay demasiada separaciónn entre sus moléculas, y por ende, tienen libertad para moverse, como se ejemplifica en la siguiente imagen:
En el estado líquido las partículas están mas juntas entre si, lo que explicaría sus propiedad: Se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. Y en los sólidos las partículas estan completamente unidas.
Por ello el estado gaseoso es el más simple de los tres, ya que sus partículas se encuentran lejos unas de otras y disminuye su frecuencia en los choques.Y en los otros dos estados existen las fuerzas de cohesión.
De hecho, los avances de la teoría cinética se produjeron en el campo de los gases, ya que se conocía muy bien el estado gaseoso, gracias a los trabajos experimentales de Robert Boyle, Jacques Charles o de Luis Joseph Gay-Lussac. Las conclusiones más importantes de estos científicos fueron:
1) Los gases ocupan todo el volumen disponible y no tienen una forma fija.
2) Los gases se pueden comprimir con mucha más facilidad que los sólidos o los líquidos
3) El volumen, a una presión dada ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura. Es decir, a mayor temperatura, mayor volumen si la presión es constante.
4) La presión que ejerce un gas, a un volumen dado, es también directamente proporcional a la temperatura; a mayor temperatura, mayor presión si el volumen se mantiene constante.
5) La presión y el volumen son inversamente proporcionales.
Esto quiere decir que a una misma temperatura, cuanto mayor es la presión, menor es el volumen.
Estos hechos empíricos son fácilmente comprobados auxiliándose de un simple globo inflado con aire. Para que el aire no se escape del globo, debemos atar uno de sus extremos (propiedad 1), por la tendencia del gas a ocupar todo el volumen disponible. Sobre un globo de aire es relativamente fácil ejercer fuerzas de compresión (P.2) y todo el mundo sabe que al exponer a la luz solar durante mucho tiempo un globo inflado, la temperatura aumenta y el volumen del globo también (P.3), lo que hace que aumente la presión del gas dentro de él en virtud de la conclusión (P.4). La propiedad 5 es también muy intuitiva: si apretamos el globo (esto es, lo presionamos), el tamaño del globo disminuye y, por tanto, se reduce su volumen (P.5).
Todas estas propiedades se resumen en la llamada ecuación del gas ideal en la que p es la presión; V, el volumen del gas; n es la cantidad de gas; R es un valor contante, y T es la temperatura.
Así, la teoría explica que los gases ocupan todo el volumen al estar constituidos por moléculas libres que se mueven por todo el espacio disponible. Además, al existir una gran distancia entre las moléculas de un gas, es relativamente sencillo comprimirlo. También es capaz de explicar el punto 5, argumentando que cuando el espacio disponible para las moléculas es muy grande, las colisiones con las paredes son poco frecuentes y, por tanto, la presión es baja; si se disminuye el volumen, también lo hace el espacio disponible para el movimiento molecular y las colisiones se hacen más frecuentes.
Maxwell y Boltzmann no sólo lograron una descripción cualitativa de las propiedades de los gases, sino que, a partir del movimiento de las moléculas y de las leyes de Newton.
Maxwell y Boltzmann no sólo lograron una descripción cualitativa de las propiedades de los gases, sino que, a partir del movimiento de las moléculas y de las leyes de Newton, además dedujeron la ecuación:
Se obtiene despues de despejar la ecuacion anteror:
. Según esta relación, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de las partículas, lo que explicaría los puntos 3 y 4 del comportamiento de los gases. Si se aumenta la temperatura, también lo hace la velocidad media de las partículas con lo que, para mantener constante la presión, es necesario que aumente el volumen del gas. Por el otro lado, aumentar la temperatura manteniendo constante el volumen, supone una mayor velocidad media de las moléculas, lo que se traduce en más colisiones y, por tanto, en mayor presión. Para comprenderlo bien, sigamos con la analogía de la habitación con personas . Si los individuos comienzan a ir más deprisa (aumenta la velocidad v), las colisiones serán más probables y el ambiente se hace más tenso – mayor presión – y más cargado – mayor temperatura. . El estado líquido es, por tanto, mucho más cohesionado que el gaseoso, ya que las partículas se mueven con mucha menos velocidad y están más próximas entre sí. No obstante, en el estado líquido las moléculas siguen moviéndose. Si continuamos enfriando, la velocidad de las moléculas seguirá disminuyendo y las partículas acabarán ocupando posiciones más o menos fijas y vibrando en torno a ellas. Tan sólo en el cero absoluto ( – 273,15 ºC ) las moléculas dejarían de moverse por completo.
La aceptación de la Teoría cinética radica en su capacidad para relacionarla con el mundo microscópico - átomos y moléculas- con propiedades que se pueden observar y analizar: Edo.fisico, presión , temperatura (En el modelo cinético, la temperatura se define como el promedio de la energía cinética de las partículas que componen el material)y además explica la composición gaseosa de nuestra atmósfera.
TCM, la teoria cinetica de la materia
Teoría Cinética Molecular
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