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La teoría cinética molecular: propiedades de los gases

Publicado el 7 septiembre, 2020

Me gustaría presentarles a Johnny Dalton. Johnny es un niño tranquilo; usa lentes y está fascinado por el clima. La escuela acaba de salir para el verano, y Johnny y los miembros de su familia están haciendo las maletas para viajar a su destino favorito: Isla Ideal. A Johnny le encanta viajar allí porque le encanta hacer experimentos científicos, y experimentar es mucho más fácil en Ideal Island, donde todos los gases son ideales.

Propiedades de los gases

Hoy, vamos a discutir qué hace que un gas sea ideal y por qué Johnny incluso querría viajar allí en primer lugar. Pero primero, repasemos un poco qué es un gas y expliquemos en qué se diferencian los gases de los sólidos y líquidos. Una característica importante de los gases es que se expanden por sí solos para llenar completamente su contenedor. Entonces, si alguna vez quiere saber el volumen de un gas, ¡todo lo que necesita saber es el volumen del recipiente en el que está!


El volumen de gas es fácil de calcular.
Volumn Gas Equivale Volumn Container

Tenga en cuenta aquí: las partículas en sí mismas no se expanden en realidad. Lo que sucede es que las partículas se esparcen uniformemente, llenando completamente el recipiente. Los volúmenes de sólidos y líquidos, por otro lado, son bastante fijos, lo que significa que realmente no pueden cambiar mucho. Los líquidos y sólidos no se expanden para llenar sus recipientes. Una piedra tiene el mismo tamaño, ya sea en un recipiente pequeño o grande. Los líquidos pueden tomar la forma de su recipiente, pero su volumen nunca aumentará ni disminuirá.

Otra característica de los gases es que se pueden comprimir. Esto se debe a que las partículas de los gases están muy separadas. Las partículas en sólidos y líquidos están tan juntas que son difíciles (si no imposibles) de comprimir. El sistema hidráulico de frenos funciona muy bien por eso. Si los líquidos fueran fáciles de comprimir, el líquido de frenos de su automóvil simplemente se ‘aplastaría’ en lugar de funcionar para detener su automóvil. Entonces, cuanto mayor sea la distancia entre las partículas de una sustancia, más fácil será comprimirla. Y las partículas de gas están muy separadas, por lo que son fáciles de comprimir.

Teoría cinética molecular y gases ideales


Los gases se diferencian de otras materias en que son fáciles de comprimir.
Compresión de gases

Estas son solo algunas de las propiedades de los gases, pero ¿cómo podemos explicar algunas de estas propiedades? Por ejemplo, ¿cómo llena un gas su recipiente? Bueno, cuando los científicos intentan explicar el mundo que nos rodea, tienden a simplificar demasiado las cosas y, en muchas situaciones, eso es perfectamente aceptable. Cuando estabas aprendiendo sobre los diferentes planetas que orbitan alrededor del sol, probablemente aprendiste de las imágenes de un libro o de los modelos tridimensionales. Esas imágenes no eran 100% precisas (no hay anillos reales en los que se asientan los planetas), pero no tenían que ser 100% precisas. Seguían cumpliendo el propósito de proporcionar un modelo simple para que la persona promedio se hiciera una idea de la estructura del sistema solar.

Bueno, en Ideal Island, los gases también se simplifican. Todos son ideales. Por eso a Johnny le gusta visitar este lugar. Los gases son perfectos. El dióxido de carbono, el oxígeno y el nitrógeno se comportan de manera ideal. Entonces, ¿qué es un gas ideal? Un gas ideal es un gas teórico que sigue una serie de principios. Estos principios son parte de un modelo llamado teoría molecular cinética . Suena muy complicado, pero esta teoría es solo una descripción de moléculas en movimiento. Explica por qué los gases se comportan como lo hacen.

Una cosa que hacen las partículas de gas ideal es moverse rápida y aleatoriamente. Vuelan constantemente y su dirección puede cambiar en cualquier momento. Así es como los gases pueden llenar sus contenedores; vuelan en direcciones aleatorias.

Las partículas de gas ideal también son tan pequeñas que se dice que no tienen volumen. Esto se refiere a cada partícula individual, no al gas como un todo. Otra propiedad de un gas ideal es que no existen fuerzas de atracción o repulsión entre las partículas. Como recordará, los sólidos y los líquidos tienen fuerzas intermoleculares muy elevadas. Las fuerzas intermoleculares entre gases son extremadamente pequeñas y, en un gas ideal, son inexistentes.

Como sabrá, cuando las cosas comienzan a volar, puede haber ocasiones en las que chocan entre sí. En un gas ideal, todas las colisiones son perfectamente elásticas, lo que significa que cuando chocan entre sí, no pierden ni ganan energía. Puedes ver un ejemplo de una colisión algo elástica cuando juegas al billar. Una bola choca con otra bola y la primera bola se detiene, dando su energía a la segunda bola. Ahora, en la piscina, le da la mayor parte de su energía a la segunda bola, pero en un gas ideal, cada colisión no genera pérdida de energía.

Una característica final de un gas ideal es que la energía cinética promedio de las partículas es directamente proporcional a la temperatura de las partículas. Y, debido a que la energía cinética está muy ligada a la velocidad, cuanto mayor sea la temperatura, más rápido se moverán las partículas.

Todas estas descripciones son solo para partículas de gas ideal. Solo existen en la isla. Los gases reales (los que nos rodean a ti y a mí) no son muy diferentes de los gases ideales a temperaturas y presiones normales. Cuando las temperaturas son muy bajas o las presiones son muy altas, comenzamos a ver grandes diferencias entre las partículas de gas real y las partículas de gas ideal, pero lo cubriremos más adelante.

Resumen de la lección

Por ahora, recuerde que usamos la teoría cinética molecular como nuestro modelo para simplificar un gas y describirlo como ideal. Las partículas de gas ideal se mueven rápida y aleatoriamente. No tienen volumen ni fuerzas intermoleculares, lo que significa que cuando se sobrepasan unos a otros, pasan zumbando sin tener la menor atracción entre ellos. Cuando chocan, no pierden ni ganan energía y su velocidad es directamente proporcional a su temperatura. Estas son las partículas que se encuentran en Ideal Island.

Resultado de aprendizaje

Después de esta lección, podrá describir la teoría cinética molecular y cómo se relaciona con las características de los gases ideales.

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