TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA
La materia existen en tres estados: solido, líquido y
gaseoso. Toda la materia se compone de partículas que están compuestas de
átomos, moléculas o iones, las cuales ejercen una fuerza entre ellas y
contienen una energía, que determinan las propiedades de los sólidos, líquidos
y gases.
LAS MOLÉCULAS
Estas partículas contienen un espacio vacío entre ellas y
tienen un continuo movimiento, por lo tanto usan de la energía cinética y
potencial. La energía cinética se define como una energía de movimiento, que implica la fuerza (de gravedad, de fricción, muscular o de resistencia interna) que se necesita para provocar la aceleración de un cuerpo que se encuentra en estado de reposo, hasta su velocidad indicada. Y la energía potencial es aquella capacidad que tiene un cuerpo para desarrollar una acción de acuerdo a cómo están configurados en el sistema de cuerpos que realizan fuerzas entre sí. En otras palabras, la energía potencial es la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo.
Ejemplos de la energía potencial y cinética de la materia
La teoría cinética de la materia explica las
características de los estados de agregación de la siguiente manera:
Sólidos
Los sólidos se caracterizan por tener forma y
volumen definidos. En un sólido sus partículas están muy próximas entre sí y
vibran sin desplazarse en torno a posiciones fijas. Las fuerzas atractivas de
las partículas son elevadas y sus oscilaciones son mayores al aumentar la
temperatura y disminuyen al descender ésta.
Moléculas de un sólido
Iceberg (sólido)
Líquidos
En
un líquido las partículas están más próximas unas de otras, pero no ocupan
posiciones fijas. Las partículas se deslizan dentro del recipiente que contiene
el líquido porque las fuerzas atractivas son menores que en el caso de los
sólidos. Por lo tanto los líquidos tienen un volumen definido pero carecen de
una forma, es decir es un fluido.
Moléculas de un líquido
Agua (liquido)
Gas
En un gas las partículas están muy alejadas
unas de otras y las fuerzas atractivas son muy pequeñas. Debido al continuo
movimiento de las partículas al azar, se difunden y tienden a ocupar todo el
volumen del recipiente en el que se encuentran.
Moléculas de un gas
Cafetera (gas)
Esta teoría explica los cambios de estado de
agregación que pueden experimentar una
sustancia por cambios de presión y temperatura. Así:
v Al aumentar la temperatura, las vibraciones de las partículas de
un sólido pueden llegar al punto en el que las fuerzas de atracción entre las
partículas más próximas no sean suficientes para retenerlas y empiecen a
moverse como las de un líquido. Si la temperatura sigue creciendo aumentan los
desplazamientos de las partículas de un líquido hasta que las fuerzas de
atracción no sean suficientes para retenerlas y comiencen a moverse como las de
un gas.
v Al aumentar la presión de un gas, se comprime y disminuye su
volumen, por lo que sus partículas se moverán cada vez más lentamente hasta
que, al pasar cerca de las que la rodean queden captadas por las fuerzas de
atracción del conjunto y se forme un sólido o un líquido.
LA DEDUCCIÓN DE LAS LEYES DE LOS GASES
A PARTIR DE ESTA TEORÍA
Las partículas de gas son extremadamente pequeñas y entre
ellas hay distancias relativamente grandes. Los gases se pueden comprimir
fácilmente, perlo los líquidos y sólidos no se puede comprimirse de modo
apreciable porque las partículas que lo componen ya están muy cerca una de
otras.
Las partículas de gas actúan independientemente una de
otras porque no hay fuerzas atractivas ni repulsivas significativas entre las
partículas de gas. En comparación con la energía de las partículas de gas, las
fuerzas intermoléculares entre las partículas de gas son tan débiles que no tienen un efecto real.
Las partículas de gas
se mueven en línea recta continua al azar, de modo que chocan unas
contra otras y con las paredes del contenedor. Las partículas de gas se mueven
hasta que una colisión altera su curso porque los gases llenan el volumen
entero del contenedor.
La energía cinética promedio de las partículas
de gas es proporcional a la temperatura del gas. La energía añadida en un sistema aumenta la
energía cinética de las partículas, lo cual se traduce en un aumento de la
temperatura del gas. 
Interpretación
del movimiento de las partículas de un gas en el interior del recipiente, de
acuerdo con la teoría cinética de la materia
LA LEY DEL GAS IDEAL
Las leyes de Boyle-Mariotte,
de Charles y de Gay-Lussac sobre el comportamiento de los gases, aunque son
aplicables dentro de una buena aproximación a los gases existentes en la
naturaleza, son tanto más imprecisas cuanto mayor es la densidad, la presión o
la temperatura del gas. Por ello los gases que cumplen con exactitud dichas
leyes físicas se denominan gases perfectos o ideales.
Es
posible combinar las leyes de los gases en una sola ecuación sencilla si la
temperatura se expresa en la escala absoluta o Kelvin. Así la ley de Charles y
la de Gay- Lussac expresan, respectivamente:
V = k T (1) y
P = k* T
Por otra parte la ley de
Boyle establece la proporcionalidad inversa entre V y P, es decir:
P V=
k** (2) o lo que es lo mismo V =
k**/ P (3)
Combinando ecuaciones (1) y
(3) resulta:
V = k (T/P) (4) donde K = k*/kn
Remplazando
en (4) en (2)
PV/
T = constante
Que indica que el producto
del volumen de un gas por su presión dividido por su temperatura absoluta es
una cantidad constante.
Ello significa que una
muestra gaseosa dada puede evolucionar de un estado inicial a otro final cambiando
en el proceso su presión, su volumen o su temperatura, pero siempre que la
cantidad PV/Tno varíe.
Para dos estados
cualesquiera inicial y final (1 y 2, respectivamente) las magnitudes P, V y T
están relacionadas en la forma:
Ley del gas
ideal (P1 V1) / T1=
(P2 V2) / T2
El
producto de la presión por el volumen, dividido por la temperatura absoluta, en
el estado inicial, es igual al producto de la presión por el volumen, dividido
por la temperatura absoluta, en el estado final, siempre que la masa del gas
sea constante.
En
este enunciado quedan asociadas las dos leyes volumétricas de los gases: BOYLE,
CHARLES y GAY LUSSAC
La
ecuación del gas ideal
La
constante de proporcionalidad depende de la cantidad de sustancia gaseosa
considerada.
Cuando
esta circunstancia se introduce en la ecuación (3) , es decir se trabaja con un
número de moles (cantidad de sustancia gaseosa) distinto de uno resulta la
expresión de la Ecuación del gas ideal:
Ecuación del gas ideal P V = n R T
Donde
n es el número de moles de la muestra gaseosa considerada y R es la llamada
constante de los gases perfectos igual a: 0,082 atm · K-1 · mol-1.
Cuando
se opera con gases reales, los datos hallados experimentalmente no coinciden
con los calculados usando las leyes volumétricas, particularmente cuando las
presiones y temperaturas se apartan mucho de las habituales. Los gases reales
cumplen con aproximadamente las leyes volumétricas.
El
estudio del comportamiento real requiere ecuaciones físico-matemático
complicadas. Por razones de simplicidad, se admite su comportamiento ideal,
ajustado a las leyes volumétricas. Los resultados deducidos teóricamente
difieren poco de los experimentales. En la mayoría de las aplicaciones comunes,
los errores cometidos son tan pequeños que se desprecian.
EXPLICACIÓN DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA
exelente trabajo e informacion.
ResponderEliminarMe gusta es completo y comprensible:)
ResponderEliminarFelicidades muy buena recopilación.
ResponderEliminarLe pusieron muchas imágenes y eso me parece bueno, ya que ayuda a comprender mejor el tema :)
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