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 . 

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:

Se llega a dar como producto del movimiento constante colisiones entre las moléculas o las paredes y alguna molécula, a este fenómeno se le conoce como presión.
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