Teoría cinetica molecular

¿Qué es?

• La teoría cinético-molecular es una teoría (y por tanto no demostrable directamente y susceptible de ser modificada/mejorada, que se acepta porque con ella se explican los hechos experimentales, las leyes) que explica cómo están formadas las sustancias.

• Propuesta inicialmente por Boyle y perfeccionada en el s. XIX por Clausius, Maxwell y Boltzmann.

Para los gases

• 3 postulados:– Un gas está formado por un gran número de

partículas individuales que se mueven continuamente con un movimiento rectilíneo al azar y que chocan entre ellas y con las paredes sin pérdida de energía en los choques (choques elásticos)

SERIA ALGO ASI

continuación

– Las partículas tienen masa y volumen, pero como el recipiente en el que se encuentran tiene un volumen mucho mayor, el volumen de todas ellas se puede considerar despreciable frente al volumen del recipiente.

– Las partículas se mueven con una energía cinética (energía debida a la velocidad), 1/2mv2, que aumenta con la temperatura (es proporcional a la temperatura absoluta, como veremos luego).

Ejemplo

• http://www.secundaria.librosvivos.net/archivosCMS/3/3/36/usuarios/231631/9/Temperatura_U2/temperatura.swf

• http://www.librosvivos.net/interactivos.asp?idud=4484&id_libro=1723&id_marca=1000&idCodigoCesma=130797

Un cuarto postulado

– Para explicar la aparición de sólidos y líquidos se introduce una nueva idea, la de la existencia de una fuerza atractiva que depende de las distancia entre las partículas (es mayor cuanto mas cerca están unas de otras). En los gases esta fuerza es despreciable porque las partículas están moviéndose continuamente y a grandes distancias, por lo que casi no se atraen. Sólo cuando disminuimos la temperatura las partículas se mueven mas despacio y la fuerza atractiva empieza a hacer notar sus efectos.

Solidos

• Sólidos: Las fuerzas de atracción entre partículas son lo bastante fuertes para mantenerlas muy juntas (con un pequeño movimiento de vibración, que se incrementará al calentarlo). Por eso los sólidos son rígidos, no compresibles y mas densos que los gases.– Si las partículas están muy ordenadas hablamos de solido

cristalino (ese orden se refleja fuera y suelen ser transparentes o reflejar la luz)

– Si las partículas están desordenadas hablamos de solido amorfo.

Líquidos

• Líquidos: Al aumentar la temperatura a un sólido, la energía cinética de sus partículas aumenta (su vibración), alejándose un poco sus partículas y consiguiendo disminuir las fuerzas atractivas, con lo que se produce una disposición de las partículas más desordenada que en el sólido. Por eso siguen siendo densos (pocos huecos), pero fluyen y no tienen forma fija (las partículas pueden deslizarse unas sobre otras)

Enlaces

• http://personal.telefonica.terra.es/web/matmo/animaedu/modelocinetico/

Teoría cinética y Temperatura

• Ya hemos visto que la energía cinética media (cada partícula tiene la suya, lo que nosotros estudiamos, al ser tantas, es el promedio), 1/2mv2, aumenta con la temperatura.

• Existe una escala de temperaturas, denominada absoluta o Kelvin, que tiene como unidad el Kelvin, K (no se dice grado Kelvin) y cuyo cero está situado en la temperatura más baja alcanzable, el cero absoluto, situado a -273,15ºC.

(continuación)

• La escala Kelvin y la centígrada se relacionan por T(K)=t(ºC)+273,15

• La energía cinética media es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Por eso, si esta es 0, las partículas dejan de moverse y ya no se puede tener menos energía cinética (y por tanto, menos temperatura).

Teoría cinética y presión

• La presión la interpretamos como los choques de las partículas con las paredes. Al chocar ejercen una fuerza contra ellas. Eso es la presión.

Los cambios de estado según la teoría cinética

• Temperatura:– Al calentar, la e. cinética aumenta, las partículas

aumentan su separación y las fuerzas atractivas disminuyen, con lo que la estructura del solido empieza a perderse. Se convierte en líquido.

– Si seguimos calentando, el proceso sigue avanzando hasta conseguir separar tanto las partículas que pasamos a estado gaseoso.

SOLIDO->LIQUIDO->GAS

• Presión:– Si aumentamos la presión sobre un gas hacemos que

las partículas ocupen menos volumen (pV=cte), por lo que las partículas están mas cerca y empiezan a atraerse, por lo que puede empezar a condensarse el gas.

– Si también disminuimos la temperatura favorecemos que las partículas vayan más despacio y por tanto las fuerzas de atracción aumenten, condensándose el gas.

GAS->LIQUIDO->SOLIDO

• Repaso y ejercicios en el cd de actividades de SM

actividades

• ¿Si aumentamos la T de un gas, que le ocurrirá a la presión?. ¿Y si las paredes del recipiente son movibles o elásticas, como un globo, qué le ocurrirá al volumen?

Leyes de los gases

Ley de Boyle-Mariotte: p-V Boyle usó un tubo con forma de J donde mantenía encerrada una muestra de aire. Añadiendo mercurio por el extremo abierto del tubo aumentaba la presión sobre la rama derecha, lo que provocaba una disminución de volumen en el gas de la rama izquierda.Registró los datos de altura del gas (V) frente a la altura del mercurio (p) y comprobó que el producto de ambas (pV) se mantenía aproximadamente constante.Ley de Boyle-Mariotte: para una masa determinada de gas a temperatura constante, el volumen del gas es inversamente proporcional a su presión.

pV=k (si m y T=cte)

Leyes de Charles y Gay-Lussac

• Experimentos con globos de aire:• 1ª ley: Relación V-T: Si encerramos una cierta

cantidad de gas a presión constante dentro de un émbolo, al calentarlo se observa que el gas se dilata, aumenta su volumen, de manera proporcional, a la temperatura absoluta.

Primera ley: el volumen de una cantidad fija de gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

V=k’T (a m y p fijas)

Al extrapolar la recta hasta volumen cero, la temperatura adquiere el valorde -273,15 °C. En 1848, lord Kelvin identificó ese valor como el cero absolutode temperatura, dando lugar a la escala absoluta de temperatura.

Leyes de Charles y Gay-Lussac

• 2ª ley: Relación p-T: Si se encierra una cantidad fija de gas en un émbolo a volumen fijo y se aumenta la temperatura, se observa que la presión aumenta de manera proporcional.

Segunda ley: la presión de una cantidad fija de gas a volumen constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

INTERPRETACIÓN CINÉTICA

• Al aumentar T aumenta la velocidad de las partículas del gas.

• Por tanto chocan más veces por segundo con las paredes. Aumenta la frecuencia de los choques y la fuerza de los mismos.– Si las partículas pueden mover un émbolo o

expandirse, lo harán (aumento volumen)– Si las partículas no pueden expandirse, al aumentar

el nº de choques por segundo, eso es la presión.

Ley general de los gases

Ley de Boyle: pV=k (T=cte)1º Ley Charles: V/T=k’ (p=cte)2º Ley Charles. p/T=k” (V=cte)

Las 3 leyes se pueden agrupar en una sola:

pV/T=K (para m=cte)donde K será k, k’ o k” según se mantenga T, p o V constante