Teoría cinética molecular

Teoría cinética molecular

Casi todas las propiedades de los gases se pueden explicar mediante una teoría sencilla del comportamiento molecular desarrollada en la segunda mitad del siglo xix por Ludwig Boltzmann, James Clerk Maxwell y otros. Esta teoría cinético-molecular se basa en tres hipótesis:

1. Los gases están formados por moléculas cuyas distancias de separación son muy grandes en comparación con sus propias dimensiones.
2. Estas moléculas se encuentran en movimiento continuo y al azar, que solamente se interrumpe por las colisiones de las moléculas entre sí y con las paredes del recipiente.
3. Las moléculas no ejercen entre sí o sobre el recipiente otras fuerzas que las derivadas del impacto de las colisiones. Estas colisiones son elásticas, es decir, no hay pérdida de energía por rozamiento durante el choque, de manera que la energía cinética total de las moléculas que colisionan permanece constante.

La teoría cinética y los cambios de estado

En los líquidos y en los sólidos, al igual que en los gases, los átomos, las moléculas y los iones están en constante movimiento. En un gas, las moléculas están muy separadas y relativamente independientes unas de otras. Sin embargo, en los líquidos y en los sólidos el movimiento está restringido porque los átomos, las moléculas o los iones están estrechamente empaquetados y se mantienen juntos por fuerzas de cohesión.

Al igual que en los gases, la energía cinética media de las partículas en los estados sólido y líquido es una función de su temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética media de las partículas, y viceversa. A temperaturas suficientemente bajas, hasta las fuerzas de cohesión más débiles pueden mantener juntas las partículas de un sólido. Así, todos los líquidos se convierten en sólidos si se enfrían lo suficiente.

Las moléculas próximas a la superficie de un líquido pueden escapar a la fase gaseosa; nosotros hemos llamado a este proceso evaporación. Las moléculas que escapan son las moléculas «más calientes», es decir, aquellas que están en el extremo de la curva de mayor energía cinética. El escape de las moléculas de energía más elevada deja atrás a un conjunto de moléculas con una energía cinética media más baja y, por tanto, con una temperatura más baja.

Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado, algunas de las moléculas que han escapado pueden golpear la superficie del líquido y penetrar de nuevo en él. Anteriormente denominamos este proceso condensación.

La temperatura de una sustancia no varía durante un cambio de estado, puesto que toda la energía suministrada sirve para liberar más y más moléculas de la atracción de sus vecinas. En un cambio de estado inverso, tal como la solidificación o la condensación, las moléculas pierden velocidad y se someten a la atracción de sus vecinas. La energía cinética que poseen se transforma en energía térmica, y la temperatura permanece constante.

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