Teoría Cinética Molecular de los Gases

La presión y la temperatura de los gases se relacionan entre sí mediante una serie de Leyes. Aquí descubrirás cual es la teoría que sustenta el principio de estas leyes en la química de los gases.

Las propiedades físicas de los gases pueden explicarse de acuerdo al movimiento de las moléculas individuales, esto implica una forma de energía, definida cómo la capacidad de realizar un trabajo o producir un cambio. El trabajo puede ser definido como la fuerza multiplicada por una medida de longitud, entonces la energía la escribimos como:

Energía = trabajo realizado= fuerza x longitud= Joule (J) que en el sistema internacional de medida (SI) representa a la unidad de energía.

Análisis dimensional: N x m = kg?m/s² x m = kg?m²/s²

Donde N corresponde al Newton (kg?m/s²), unidad de medida de la fuerza en el SI y m corresponde al Metro (m), unidad de medida de la longitud en el SI.

Existen numerosos tipos de energía, siendo la energía cinética (EC) aquel tipo de energía que manifiesta un objeto en movimiento o energía de movimiento. Los descubrimientos de los físicos James Clerk Maxwell (1831-1879) y Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) produjeron numerosas generalizaciones acerca del comportamiento de los gases que desde entonces se conocen como la teoría cinética molecular de los gases. Esta teoría se sustenta en las siguientes suposiciones:

• Las moléculas de un gas están separadas por distancias mucho mayores que las propias dimensiones de sus moléculas. Las moléculas de los gases pueden considerarse como “puntos”, es decir, se considera una masa, aunque sea muy pequeña, pero tienen un volumen insignificante.
• Las moléculas de los gases se consideran en movimiento continuo con direcciones aleatorias y permanentes choques de unas contra otras. Estas colisiones se suponen perfectamente elásticas, es decir, la energía es transferida de una molécula a otra por efecto de estas colisiones. No obstante lo anterior, la energía total del sistema, donde se encuentran todas las moléculas, permanece inalterada.
• Las moléculas de los gases no ejercen ningún tipo de fuerza entre sí, es decir, no existe ni atracción ni repulsión.
• La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura de un gas en grados Kelvin. Esto quiere decir que dos gases, a la misma temperatura, tienen la misma energía cinética como promedio y se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula:

EC = ½?m?u²

Donde m es la masa de la molécula y u es su rapidez. La barra horizontal sobre los términos de la formula representa un valor promedio. En este caso, u² se denomina rapidez cuadrática media y es el promedio del cuadrado de las velocidades de todas las moléculas participantes:

u² = u₁² + u₂² + u₃² + …. + u_N² / N

Donde N es el número de moléculas participantes.

Este último supuesto permite llegar a la conclusión de:

EC ? T
½?m?u² ? T

Donde ? es un símbolo que representa la proporcionalidad entre las variables.

Por lo tanto,

CE = K?T

Donde K es la constante de proporcionalidad y T es la temperatura en grados Kelvin.

Finalmente, según la teoría cinética molecular, la presión de un gas es el resultado de las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente que contienen al gas. En este caso, la magnitud de su valor depende de la frecuencia de las colisiones por unidad de área y de la fuerza con la que las moléculas golpean las paredes. Por otro lado, la temperatura también tiene una interpretación proporcionada por esta teoría y se desprende de la fórmula final de la energía cinética, donde la temperatura absoluta (en grados Kelvin) es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas, es decir, es un índice del movimiento aleatorio de las moléculas que mientras mayor sea su valor, mayor energía cinética existe entre sus moléculas participantes.