Actividad semana 15

1. RAMOS AGUILAR BRYAN ALEXIS
JIMENEZ GUTIERREZ ERNESTO
TOVAR ALVAREZ NAYELI
LUNA CRUZ CLAUDIA
La teoría cinética-molecular de los gases y sus postulados

2. La teoría cinética de los gases es una teoría
física y química que explica el comportamiento y
propiedades macroscópicas de los gases (ley de
los gases ideales), a partir de una descripción
estadística de los procesos moleculares
microscópicos. La teoría cinética se desarrolló
con base de los estudios de físicos como Daniel
Bernoulli en el siglo XVIII, Ludwig Boltzmann y
James Clerk Maxwell a finales del siglo XIX.
Esta rama de la física describe las propiedades
térmicas de los gases. Estos sistemas contienen
números enormes de átomos o moléculas, y la
única forma razonable de comprender sus
propiedades térmicas con base en la mecánica
molecular, es encontrar determinadas cantidades
dinámicas de tipo promedio y relacionar las
propiedades físicas observadas del sistema con
estas propiedades dinámicas moleculares en
promedio. Las técnicas para relacionar el
comportamiento macroscópico global de los
sistemas materiales con el comportamiento
promedio de sus componentes moleculares
constituyen la mecánica estadística.
Historia
Aproximadamente en el 50 a. C. el filósofo romano
Lucretius propuso que los cuerpos macroscópicos,
aparentemente estáticos,estaban compuestos a pequeña
escala de átomos que se movían rápidamente chocando
entre ellos.1 Este punto de vista atomista epicúreo fue
raramente considerado en siglos posteriores, cuando las
ideas aristotélicas eran las dominantes.
En 1738 Daniel Bernoulli publicó la obra Hydrodynamica,
sentando las bases de la teoría cinética de los gases y
planteando los argumentos, que todavía se utilizan hoy en
día, de que los gases se componen de un gran número de
moléculas que se mueven en todas las direcciones, que
su impacto en una superficie causa la presión del gas que
sentimos, y que lo que se experimenta en forma de calor
es simplemente la energía cinética de su movimiento. La
teoría no fue aceptada de inmediato, en parte debido a
que la conservación de la energía todavía no se había
establecido y a que los físicos no sabían cómo las
colisiones entre moléculas podrían ser perfectamente
elásticas.2:36-37
Otros pioneros de la teoría cinética (no considerados por
sus contemporáneos) fueron Mikhail Lomonosov (1747),3
Georges-Louis Le Sage (ca. 1780, publicado en 1818),4
John Herapath (1816)5 y John James Waterston (1843),6
que conectaron sus investigaciones con el desarrollo de
las explicaciones mecánicas de la gravitación. En 1856,
August Krönig (probablemente después de leer un artículo
de Waterston) creó un modelo cinético simple de gas, que
sólo consideraba el movimiento de traslación de las
partículas.

3. Presión
En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es
explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas
implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con
las paredes del contenedor. La presión puede definirse por
lo tanto haciendo referencia a las propiedades
microscópicas del gas.
En general se cree que hay más presión si las partículas se
encuentran en estado sólido, si se encuentran en estado
líquido es mínima la distancia entre una y otra y por último
si se encuentra en estado gaseoso se encuentran muy
distantes.
En efecto, para un gas ideal con N moléculas, cada una de
masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria
promedio o raíz cuadrada de la media aritmética de los
cuadrados de las velocidades, en inglés "root mean square"
vrms = v, contenido en un volumen cúbico V las partículas
del gas impactan con las paredes del recipiente de una
manera que puede calcularse de manera estadística
intercambiando momento lineal con las paredes en cada
choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área
que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie
sólida.
La presión puede
calcularse como:

4. Propiedades
Los principales postulados de la teoría cinética son los
siguientes:
 El número de moléculas es grande y la
separación media entre ellas es grande
comparada con sus dimensiones. Por lo tanto,
ocupan un volumen despreciable en
comparación con el volumen del envase y se
consideran masas puntuales.
 Las moléculas obedecen las leyes de Newton,
pero individualmente se mueven en forma
aleatoria, con diferentes velocidades cada una,
pero con una velocidad promedio que no cambia
con el tiempo.
 Las moléculas realizan choques elásticos entre
sí, por lo tanto se conserva tanto el momento
lineal como la energía cinética de las moléculas.
 Las fuerzas entre moléculas son despreciables,
excepto durante el choque. Se considera que las
fuerzas eléctricas o nucleares entre las
moléculas son de corto alcance, por lo tanto solo
se consideran las fuerzas impulsivas que surgen
durante el choque.
 El gas es considerado puro, es decir todas las
moléculas son idénticas.
 El gas se encuentra en equilibrio térmico con las
paredes del envase.
Simplificación
La teoría cinética es una teoría física,
basada en unos pocos hechos:
La densidad de los gases es muy
pequeña.
Las moléculas se mueven
individualmente de forma aleatoria y
con distinta velocidad, que aumenta o
se reduce a la vez que la temperatura;
el movimiento causa que se golpeen
entre sí, aumentando la presión al
golpearse más veces.
Las fuerzas de cohesión o fuerzas
intermoleculares en los gases son casi
nulas.
Si todas las moléculas que forman el
gas son idénticas, se dice que es un
gas puro.

5. Temperatura
La ecuación superior dice que la presión de un gas
depende directamente de la energía cinética
molecular. La ley de los gases ideales nos permite
asegurar que la presión es proporcional a la
temperatura absoluta. Estos dos enunciados permiten
realizar una de las afirmaciones más importantes de la
teoría cinética: La energía molecular promedio es
proporcional a la temperatura. La constante de
proporcionalidad es 3/2 de la constante de Boltzmann,
que a su vez es el cociente entre la constante de los
gases R entre el número de Avogadro. Este resultado
permite deducir el principio o teorema de equipartición
de la energía.
La energía cinética por Kelvin es:
Por mol 12,47 J
Por molécula 20,7 yJ = 129 μeV
En condiciones estándar de presión y temperatura
(273,15 K) se obtiene que la energía cinética total del
gas es:
Por mol 3406 J
Por molécula 5,65 zJ = 35,2 meV
Ejemplos:
Dihidrógeno (peso
molecular = 2): 1703 kJ/kg
Dinitrógeno (peso
molecular = 28): 122 kJ/kg
Dioxígeno (peso molecular
= 32): 106 kJ/kg