lunes, 3 de diciembre de 2012

Introducción

Introducción a la Teoría Cinético molecular


La Teoría cinética molecular se basa en el hecho de que todo lo que nos rodea está formado por unas partículas muy pequeñas llamadas moléculas. Las moléculas están en continuo movimiento y entre ellas existen fuerzas atractivas, llamadas Fuerzas de Cohesión. Las moléculas, al estar en movimiento, se encuentran a una cierta distancia una de otras. Cuando aumenta la temperatura las moléculas se mueven más rápido.
Con este modelo puede explicarse perfectamente el hecho de que la materia pueda encontrarse en los estados liquido, solido y gaseoso y cambiar de uno a otro dependiendo de la temperatura a la cual se encuentre.




Los postulados de esta teoría son los siguientes:

* La materia está constituida por partículas que pueden ser átomos o moléculas. Las propiedades químicas de las moléculas dependen de su composición. Las propiedades físicas sin embargo, dependen de las fuerzas que las moléculas ejercen entre sí y de la distancia que las separa. 


* Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio. En los sólidos y líquidos los movimientos están limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un sólido o evaporar un líquido. La energía depende de la temperatura. A mayor temperatura más movimiento y mayor energía cinética. 


* Las moléculas obedecen las leyes del movimiento de Newton. En los choques entre las moléculas , su movimiento lineal y su energía cinética no cambian ya que las colisiones entre partículas son elásticas. En una colisión la energía cinética de una partícula se transfiere a otra sin pérdidas de la energía global.


Explicación de la teoría


ESTADO SÓLIDO. las moléculas están muy juntas y se mueven alrededor ; las fuerzas de cohesión son muy grandes.









En el ESTADO LÍQUIDO las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son menos intensas, impiden que las moléculas puedan independizarse.





En el ESTADO GASEOSO las moléculas están totalmente separadas unas de otras y se mueven libremente; no existen fuerzas de cohesión.




Sí aumentamos la temperatura de un sólido, sus moléculas se moverán rapido y aumentarán la distancia entre ellas, las fuerzas de cohesión disminuyen y llegará un momento en que éstas fuerzas son incapaces de mantener las moléculas en posiciones fijas, las moléculas pueden entonces desplazarse el sistema material se convertirá en líquido.



Si la temperatura del líquido continúa aumentando, las moléculas aumentarán aún más su rapidez, la distancia media entre ellas irá aumentando y las fuerzas de cohesión van disminuyendo hasta que finalmente las moléculas pueden liberarse unas de otras, ahora el conjunto de moléculas estarán en estado gaseoso.

Si disminuimos la temperatura de un conjunto de moléculas en estado gaseoso, disminuye la rapidez de las moléculas y esto hace posible que al acercarse las moléculas casualmente, las fuerzas de cohesión, que siempre aumentan al disminuir la distancia, puedan mantenerlas unidas, el conjunto de moléculas pasará al estado líquido.



FUENTE: Lecciones de fisica, Felix, Oyarzabal, Velasc
o ed:CECSA

domingo, 2 de diciembre de 2012

LA TEORÍA CINÉTICA

Si observamos el mundo que nos rodea, no tardamos en descubrir que la materia ordinaria a la que estamos acostumbrados se presenta ante nosotros en tres fases: sólida, líquida y gaseosa. Sí, pero también percibimos que la materia puede cambiar de fase. Cuando el hielo se calienta, se convierte en agua y si ésta se calienta, llega a un proceso violento de la ebullición, y finalmente el agua se convierte en vapor, un gas.

    El problema que surge al estudiar las relaciones entre las fases y el suministro de energía que llamamos calentamiento se ha planteado en términos de átomos lo cual ha permitido entender esos procesos y muchos más con gran éxito. La rama de la física que estudia todo esto se conoce como teoría cinética de la materia y nació con el trabajo del físico y matemático suizo D. Bernoulli en el siglo XVIII. La pregunta que se trata de contestar en este campo es: ¿cómo se manifiesta macroscópicamente la estructura microscópica de un cuerpo?.
    En efecto, en la mecánica clásica se pretende saber dónde cuándo está un cuerpo que sufre la acción de una fuerza conocida y que estaba en cierto lugar en un instante dado y que se movía con cierta velocidad; en otras palabras, si conocemos la fuerza que actúa sobre un objeto y las condiciones (posición y velocidad) que tenía en determinado momento, es posible saber donde estará en cualquier tiempo posterior. Pero en la teoría cinética de la materia, el número de partículas (átomos o moléculas) que entran en juego es tan grande (billones de billones) que no es posible ni siquiera intentar plantear el problema en los términos de la materia clásica.
    En la teoría cinética el tipo de pregunta se refiere al comportamiento promedio o a la probabilidad de que alguna determinada cantidad esté entre un valor y otro. Por ejemplo, en un gas a cierta temperatura y presión, ¿qué porcentaje de sus moléculas tienen una velocidad cuya magnitud esté comprendida entre V₁ y V₂, ¿cuál es la energía cinética promedio de las moléculas en el gas?.
    La teoría cinética debe explicar también el comportamiento de los gases, líquidos y sólidos, así como los cambios de una de estas fases a otra; debe poderse aplicar a reacciones químicas, a los procesos de conductividad térmica, de viscosidad y a muchos otros fenómenos.
    Los grandes fundadores de la teoría cinética, después del trabajo pionero de Bernoulli, fueron Maxwell, el mismo del electromagnetismo, y el físico austriaco L. Boltzmann. 

Fuente: Cómo acercarse a la física. Juan Manuel Lozano. Edit. Limusa. Pp. 183. págs. 123 y 124

  

jueves, 29 de noviembre de 2012

Gases

"Un gas es una sustancia cuyo volumen es igual al volumen del recipiente que lo contiene". 
Los gases se expanden hasta ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene, pero ese efecto no es único. 
Un gas "deberá estar formado por un gran número de moléculas", "las moléculas se mueven en todas direcciones" y "el tamaño de la molécula debe ser despreciable, comparado con la distancia entre ellas" de forma tal que esa enorme distancia relativa, hace que no haya interacción, y que esta solo se limite a su choque físico eventual.

Finalmente un gas es entonces una sustancia que cumple con las condiciones siguientes: 

* Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene. 

* Está formado por un gran número de moléculas. 

* Estas moléculas se mueven individualmente al azar en todas direcciones. 

* La interacción entre las moléculas se reduce solo a su choque. 



En la realidad, estas condiciones se cumplen con suficiente aproximación, en todos los gases a las condiciones normales de presión y temperatura como para ser consideradas ciertas, pero ¿qué pasa si el gas se somete a muy elevadas presiones?, por ejemplo reduciendo notablemente el recipiente que lo contiene, está claro, la distancia entre las moléculas se reduce y su interacción comienza a tener mas y mas influencia en el comportamiento, a medida que mas y mas se aumente la presión; nuestro gas va "apartándose de la definición de gas" a la que hemos llegado, por tal motivo y debido a que un gas puede ser "mas o menos gas" se establece un "patrón de gas" que servirá para establecer las leyes del comportamiento de todos los gases y que podrá ser usada con suficiente aproximación en la mayor parte de las aplicaciones prácticas, este patrón se llama "gas ideal".


El gas ideal

Para definir un patrón de gas que sirva para establecer reglas de comportamiento se crea el concepto de gas ideal, este gas ideal cumple las condiciones siguientes: 
* Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene. 
* Está formado por moléculas. 
* Estas moléculas se mueven individualmente y al azar en todas direcciones. 
* La interacción entre las moléculas se reduce solo a su choque. 
* Los choques entre las moléculas son completamente elásticos (no hay pérdidas de energía). 
* Los choque son instantáneos (el tiempo durante el choque es cero). 

Los gases reales, siempre que no estén sometidos a condiciones extremas de presión y temperatura, cumplirán muy aproximadamente las reglas establecidas para los gases ideales. 

Las leyes de los gases ideales

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las principales variables de un gas en base a las experiencias de laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T).


Estas leyes son:
  • Ley de Boyle-Mariotte
  • Ley de Charles
  • Ley de Gay-Lussac
  • Ley de Avogadro
  • Ley de los Gases Ideales
  • Ley Generalizada