LA TEORÍA CINÉTICA

     LA TEORÍA CINÉTICA

La idea de que la materia es discontinua, es decir, que está formada por partículas muy pequeñas, átomos y moléculas, ya apareció en la Grecia Clásica en el siglo V a.C. Dos filósofos griegos, Leucipo y Demócrito, ya aventuraron la existencia de átomos, aunque sus “observaciones” carecían del rigor que el método científico impone.

Mucho más tarde, en 1803, el químico británico John Dalton utilizó la existencia de átomos para la explicación de las leyes de la Química. De la teoría atómica de Dalton se pudo desprender una primitiva idea de molécula, como resultado de la combinación de dos o más tipos de átomos. Aunque con algunas alteraciones producto de las observaciones, la teoría atómica sobrevivió al convulso, científicamente hablando, siglo XIX y en ella se apoyaron los físicos L. E. Botlzmann y J. C. Maxwell (de forma independiente) para construir una teoría cinético-molecular de la materia. Este modelo, se basaba en las siguientes suposiciones:

1. La materia está formada por un conjunto de átomos y moléculas en continuo movimiento
2. El tamaño de las partículas es despreciable frente a la distancia que las separa entre sí
3. Las partículas chocan entre sí, y con otras superficies, de manera elástica.

 

Los autores de la teoría cinética de los gases: James Clerck Maxwell (izquierda) y Ludwig Edward Boltzmann (derecha).

La primera parte del punto i es bastante sencilla de comprender porque hay acumulada sobrada evidencia empírica acerca de la existencia de los átomos y de las moléculas. Sin embargo, admitir que estas partículas no dejan de moverse supone un paso más allá. De hecho, el grado de movimiento en un material es lo que distingue, desde el punto de vista macroscópico, los estados de la materia más habituales: sólido, líquido y gaseoso.
Así, para la teoría cinética de la materia, en un gas hay muchísima separación entre sus moléculas y, por tanto, éstas tienen una gran libertad para moverse, tal y como puede apreciarse en la Figura 2a). De cuando en cuando y producto del movimiento constante, surgen colisiones entre moléculas o entre las paredes y alguna molécula, lo que origina la magnitud que conocemos como presión. Para que lo entendamos, el estado gaseoso es como una habitación con las personas muy  separadas unas de otras, de modo que tienen casi total libertad para moverse continuamente (Figura 2b).







En el estado líquido, las partículas están bastante más próximas entre sí, lo que explica algunas de sus propiedades (volumen fijo, se adaptan a la forma del recipiente, …) y en los sólidos, las partículas están muchísimo más próximas. Desde el punto de vista microscópico, por tanto, el estado gaseosos es el más simple de todos, ya que las partículas están muy lejanas unas de otras, lo que disminuye la frecuencia de los choques. En los estados sólido y líquido la cosa se complica porque aparecen las fuerzas de cohesión, las fuerzas necesarias para explicar por qué las partículas están tan próximas unas de otras. De hecho, los grandes avances de la teoría cinética se produjeron en el campo de los gases, ya que se conocía muy bien el estado gaseoso, gracias a los trabajos experimentales de Robert Boyle, Jacques Charles o de Luis Joseph Gay-Lussac.
Las conclusiones más importantes de estos científicos brillantes fueron:

1)   Los gases ocupan todo el volumen disponible y no tienen una forma fija.

2)   Los gases se pueden comprimir con mucha más facilidad que los sólidos o los líquidos

3)   El volumen, a una presión dada ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura. Es decir, a mayor temperatura, mayor volumen si la presión es constante.

4)   La presión que ejerce un gas, a un volumen dado, es también directamente proporcional a la temperatura; a mayor  temperatura, mayor presión si el volumen se mantiene constante.

5)   La presión y el volumen son inversamente proporcionales. Esto quiere decir que a una misma temperatura, cuanto mayor es la presión, menor es el volumen.