Contenuto
- Ipotesi della teoria cinetica.
- Proprietà dei gas spiegate usando la teoria cinetica.
- La legge del gas perfetto.
- Deviazioni dal comportamento perfetto del gas.
La teoria molecolare cinetica, nota anche come teoria cinetica dei gas, è un modello potente che cerca di spiegare le caratteristiche misurabili del gas in termini di movimenti su piccola scala delle particelle di gas. La teoria cinetica spiega le proprietà dei gas in termini di movimento delle sue particelle. La teoria cinetica si basa su una serie di ipotesi e per questo è un modello approssimativo.
Ipotesi della teoria cinetica.
I gas nel modello cinetico sono considerati "perfetti". I gas perfetti comprendono molecole che si muovono completamente a caso e non smettono mai di muoversi. Tutte le collisioni di particelle di gas sono completamente elastiche, il che significa che non viene persa energia. (Se così non fosse, le molecole di gas finirebbero per esaurirsi di energia e si accumulerebbero sul pavimento del loro contenitore.) Il presupposto successivo è che la dimensione delle molecole è trascurabile, nel senso che hanno essenzialmente diametro zero. Questo è quasi vero per gas monoatomici molto piccoli come elio, neon o argon. L'ipotesi finale è che le molecole di gas non interagiscono tranne quando si scontrano. La teoria cinetica non considera alcuna forza elettrostatica tra le molecole.
Proprietà dei gas spiegate usando la teoria cinetica.
Un gas ha tre proprietà intrinseche, pressione, temperatura e volume. Queste tre proprietà sono collegate tra loro e possono essere spiegate usando la teoria cinetica. La pressione è causata da particelle che colpiscono la parete del contenitore del gas. Un contenitore non rigido come un palloncino si espanderà fino a quando la pressione del gas all'interno del palloncino sarà uguale a quella all'esterno del palloncino. Quando un gas è a bassa pressione, il numero di collisioni è inferiore rispetto all'alta pressione. L'aumento della temperatura di un gas in un volume fisso aumenta anche la sua pressione poiché il calore fa muovere le particelle più rapidamente. Allo stesso modo, l'espansione del volume in cui un gas può muoversi abbassa sia la sua pressione che la sua temperatura.
La legge del gas perfetto.
Robert Boyle è stato tra i primi a scoprire collegamenti tra le proprietà dei gas. La legge di Boyles afferma che a una temperatura costante la pressione di un gas è inversamente proporzionale al suo volume. La legge Charles, dopo che Jacques Charles considera la temperatura, scoprendo che per una pressione fissa, il volume di un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura.Queste equazioni sono state combinate per formare l'equazione del gas perfetta per una mole di gas, pV = RT, dove p è pressione, V è volume, T è temperatura e R è la costante universale del gas.
Deviazioni dal comportamento perfetto del gas.
La legge del gas perfetta funziona bene per le basse pressioni. Ad alte pressioni o basse temperature le molecole di gas entrano in prossimità abbastanza vicina per interagire; sono queste interazioni che fanno condensare i gas in liquidi e senza di essi tutta la materia sarebbe gassosa. Queste interazioni interattomiche sono chiamate forze di Van der Waals. Di conseguenza, l'equazione del gas perfetta può essere modificata per includere un componente per descrivere le forze intermolecolari. Questa equazione più complicata è chiamata equazione di stato di Van der Waals.