Leyes de los gases según la Teoría Cinética

LEYES DE LOS GASES A PARTIR DE LA TEORÍA CINÉTICA.

 La teoría cinética de los gases es una teoría que se basa en la descripción a nivel molecular del gas para derivar las propiedades macroscópicas de la materia gaseosa, por lo cual constituye una rama de la mecánica estadística.

La teoría cinética empezó con la deducción, a mediados del s. XVIII, por Daniel Bernoulli (1700–1782), de la ley de Boyle usando las leyes de Newton del movimiento aplicadas a las moléculas. Sin embargo, su trabajo fue ignorado y rechazado durante mucho tiempo.

LEYES DE LOS GASES

En general, el volumen de cualquier sustancia sólida, líquida o gaseosa viene determinado por la presión y la temperatura a la cual se halla dicha sustancia. Existe una relación matemática entre el volumen, la presión y la temperatura para una cantidad dada de materia; esta relación se denomina ecuación de estado y, en general, se simboliza por: V = V( n, R, T).

Para sólidos y líquidos, estas ecuaciones pueden llegar a ser muy complicadas en general, y muy particulares para cada sustancia; en el caso de los gases, la situación es más sencilla. La determinación de la ecuación de estado para los gases implica medidas experimentales de presión, volumen y temperatura.

LEY DE BOYLE

 La relación aritmética entre la presión y el volumen para una determinada cantidad de gas a una determinada temperatura fue estudiada por Robert Boyle (1627–1691). Boyle descubrió que el producto de la presión por el volumen es un valor constante para una cantidad de gas fija trabajando en condiciones isotérmicas. Esta relación de presión y volumen inversamente proporcionales entre sí se cumple muy bien cuando la densidad del gas es pequeña, es decir, cuando se trabaja a presiones muy bajas o a volúmenes muy grandes.

 LEY DE CHARLES

Cuando experimentalmente se investiga la dependencia del volumen de un gas respecto a la temperatura trabajando a presión constante (condiciones isobáricas), se observa que el volumen aumenta linealmente con la temperatura para una cantidad fija de gas. Estos estudios fueron realizados, de forma independiente, por Jacques Charles (1746–1823) y por Joseph–Louis Gay–Lussac (1778–1850).

TEORÍA CINÉTICA-MOLECULAR DE LOS GASES

En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.

Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular.

En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en los siguientes postulados:

1. Las sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.

2. Las moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular alguna.

3. Las moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas.

4. Los choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.

5. La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto. Los gases reales existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones: temperaturas altas y presiones muy bajas.

Bibliografías:

·         "Fundamentos de química física". Ladner Jules. Editorial Reverté. Madrid, 1975. p.p 645.

·         "Química física". Barrow Gordon M. Editorial Reverté. Madrid, 1988. p.p 500.