APLICACIONES DE LAS LEYES DE LOS GASES

Los detalles matematicos la teoría cinética de los gases son muy complejos sin embargo  es posible utilizarla para explicar propiedades generales de las sustancias en el estado gaseoso. Algunas aplicaciones utiles:

*Compresibilidad de los gases: Las moleculas de los gases están separadas por grandes distancias, es por esto que los gases pueden tener un volumen menor al comprimirse.

*Ley de Boyle: La presión ejercida en un gas se debe a que sus moléculas chocan entre si,  y con las paredes del recipiente en que esta contenido.La velocidad de colisión o el numero de colisiones moleculares con las paredes por segundo  es proporcional a la densidad numérica del gas. Al disminuir el volumen aumenta la densidad numérica al igual que si velocidad de colision. La  presión de un gas es inversamente proporcional al volumen, disminuye el volumen y la presión aumenta y viceversa.

*Ley de Charles: La energía cinética promedio de un gas es proporcional a la temperatura absoluta de la muestra, se eleva la temperatura y aumenta la energía cinetica promedio. La moléculas  chocaran mas con las paredes del recipiente y con mayor fuerza si el gas se calienta y con ello aumentara la presión. El volumen se expandirá hasta que la presión este equilibrada por la presión externa constante.

*Ley de Avogadro: Como la masa del gas es directamente proporcional al número de moles (n), la densidad se puede expresar como wV.

P= n T

       v

	Para dos gases 1 y 2 se escribe: P1= n1T1 = Cn1T1          V1          V1 P1= n2T2 = Cn2T2          V2          V2

 

Donde C es la constante de proporcionalidad, Dos gases sometidos a las mismas condiciones de P1=P2, V1= V2 y T1=T2 se cumple que n1= n2.

*Ley de Dalton de las leyes parciales: Si las moléculas no se atraen o se repelen entre si entonces la presión ejercida por un tipo de molécula no se afectara por la presión de otro gas. La presión total se da por la suma de las presiones individuales de los gases.

Referencias bibliográficas: Chang R (2006). Química General para Bachillerato, 4ta Ed. Ed McGraw-Hill Education. Mexico D.F. pp. (151, 152)  

LA TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA.

La teoría cinética de la materia.

En 1857, el físico alemán Clasius desarrollo una teoría que describe las propiedades de la materia y su comportamiento. Dicha teoría dice que, toda materia que vemos está formada por partículas muy pequeñas llamadas moléculas. Estas moléculas están en movimiento continuo y se encuentran unidas por la fuerza de cohesión que existe entre moléculas de una misma materia. Entre una y otra molécula hay un espacio vacío ya que están en continuo movimiento.

El modelo cinético molecular en sus inicios se desarrolló para los gases, sin embargo se puede aplicar a los tres estados de la materia. 

• Estado sólido: La distribución de sus partículas es muy ordenada y están muy cerca unas de otras, de ordinario, sus partículas solo tienen movimiento vibratorio, las fuerzas de cohesión son muy grandes.

• Estado líquido: Se compone de cúmulos desordenados de partículas que están muy cercas unas de otras; el movimiento de sus partículas es aleatorio en tres dimensiones, las fuerzas de cohesión, aunque son menos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse.

• Estado gaseoso: Se compone de partículas en extremo desordenadas con mucho espacio vacío entre ellas, el movimiento de sus partículas es rápido y aleatorio entres dimensiones, no están presentes la fuerzas de cohesión.

Movimiento de partículas en los 3 estados de la materia.

En el siguiente vídeo se explica de manera mas clara la teoría y de una forma mas didáctica.

¿Qué explica la teoría cinético molecular de los gases?

Las leyes de los gases ayudan a predecir el comportamiento de los gases pero, no explica lo que ocurre a nivel molecular y que ocasionan los cambios que se observan en el mundo microscópico.,

En el S. XIX varios físicos entre los que destacan el físico austriaco Ludwig, Boltzmann y el físico escoces Clerck Maxwell, encontraron que las propiedades físicas de los gases e pueden explicar en términos del movimiento de moléculas individuales. Este movimiento molecular es una forma de energía, que se define como la capacidad para hacer trabajo o producir un cambio. 

Energia = trabajo realizado

                =fuerza X distancia

El joule (J) es la unidad SI de energía:

1 J = 1 KG m²/s²

= N m 

La energía cinética (EC) es un tipo de energía que manifiesta un objeto en movimiento, o energía de movimiento.

Los descubrimientos de Maxwell y Boltzmann y otros produjeron numerosas generalizaciones acera del comportamiento de los gases, que dese entonces se le conoce como: La teoría cinética molecular de los gases la cual se fundamenta en los siguientes postulados.

Postulados de la teoría cinético molecular de los gases.

• Un gas está compuesto de molécula que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las moléculas se pueden considerar como puntos, eso es poseen masa pero tiene un volumen despreciable.

•   Las moléculas de los gases están en continuo movimiento en direcciones aleatorias y es frecuente que choquen unas con otras. Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas, es decir, la energía se puede trasmitir de una molécula a otra por efecto de las colisiones. Sin embargo, la energía total de todas las moléculas presentes en un sistema permanece inalterada.

• Las moléculas de los gases no ejercen entre si fuerzas de atracción o repulsión.

•   La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas en Kelvin. Dos gases que estén en la misma temperatura tendrán la misma energía cinética promedio. La energía cinética promedio está dada por:

Ecuación de la energía cinética.

Donde m es molécula y u es su velocidad.

De acuerdo con la teoría cinética molecular, la presión de un gas es el resultado de las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente que lo contiene. Depende de la frecuencia de colisión por unidad de área y la fuerza con que las moléculas golpeen el recipiente. 

Movimiento de las moléculas de gas dentro de un recipiente.

Referencias bibliográficas: Chang R (2006). Química General para Bachillerato, 4ta Ed. Ed McGraw-Hill Education. Mexico D.F. pp. (151, 152)