Modelo cinetico molecular de los solidos

Modelo cinetico molecular de los solidos

utilizando el concepto de la teoría cinética molecular explica por qué un sólido puede evaporarse directamente

Las propiedades físicas de una sustancia dependen de su estado físico. El vapor de agua, el agua líquida y el hielo tienen las mismas propiedades químicas, pero sus propiedades físicas son considerablemente diferentes. En general, los enlaces covalentes determinan: la forma molecular, las energías de enlace y las propiedades químicas, mientras que las fuerzas intermoleculares (enlaces no covalentes) influyen en las propiedades físicas de los líquidos y los sólidos. La teoría cinética molecular de los gases ofrece una descripción razonablemente precisa del comportamiento de los gases. Un modelo similar puede aplicarse a los líquidos, pero debe tener en cuenta los volúmenes no nulos de las partículas y la presencia de fuertes fuerzas de atracción intermoleculares.

Figura \ (\PageIndex{1}): Los tres estados comunes de la materia. Desde la izquierda, son el sólido, el líquido y el gas, representados por una escultura de hielo, una gota de agua y el aire alrededor de las nubes, respectivamente. Imágenes utilizadas con permiso de Wikipedia.

El estado de una sustancia depende del equilibrio entre la energía cinética de las partículas individuales (moléculas o átomos) y las fuerzas intermoleculares. La energía cinética mantiene a las moléculas separadas y en movimiento, y es una función de la temperatura de la sustancia. Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción que tratan de unir las partículas (Figura \PageIndex{2}\). Como se ha comentado anteriormente, los gases son muy sensibles a las temperaturas y a la presión. Sin embargo, éstas también afectan a los líquidos y a los sólidos. El calentamiento y el enfriamiento pueden cambiar la energía cinética de las partículas de una sustancia y, por tanto, podemos cambiar el estado físico de una sustancia calentándola o enfriándola. El aumento de la presión en una sustancia hace que las moléculas se acerquen, lo que aumenta la fuerza de las fuerzas intermoleculares.

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La temperatura del gas ideal es proporcional a la energía cinética media de sus partículas. El tamaño de los átomos de helio en relación con su espacio se muestra a escala bajo 1950 atmósferas de presión. Los átomos tienen una determinada velocidad media, que aquí se reduce dos billones de veces con respecto a la de la temperatura ambiente.

La teoría cinética de los gases es un modelo clásico sencillo e históricamente significativo del comportamiento termodinámico de los gases, con el que se establecieron muchos conceptos principales de la termodinámica. El modelo describe un gas como un gran número de partículas submicroscópicas idénticas (átomos o moléculas), todas ellas en constante y rápido movimiento aleatorio. Se supone que su tamaño es mucho menor que la distancia media entre las partículas. Las partículas sufren colisiones elásticas aleatorias entre ellas y con las paredes del contenedor. La versión básica del modelo describe el gas ideal y no considera ninguna otra interacción entre las partículas.

La teoría cinética de los gases explica las propiedades macroscópicas de los gases, como el volumen, la presión y la temperatura, así como las propiedades de transporte, como la viscosidad, la conductividad térmica y la difusividad de la masa. El modelo también da cuenta de fenómenos relacionados, como el movimiento browniano.

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Las leyes de los gases que hemos visto hasta ahora, así como la ecuación de los gases ideales, son empíricas, es decir, se han derivado de observaciones experimentales. Las formas matemáticas de estas leyes describen fielmente el comportamiento macroscópico de la mayoría de los gases a presiones inferiores a 1 ó 2 atm. Aunque las leyes de los gases describen relaciones que han sido verificadas por muchos experimentos, no nos dicen por qué los gases siguen estas relaciones.

La teoría cinética molecular (KMT) es un modelo microscópico simple que explica eficazmente las leyes de los gases descritas en los módulos anteriores de este capítulo. Esta teoría se basa en los siguientes cinco postulados descritos aquí. (Nota: El término «molécula» se utilizará para referirse a las especies químicas individuales que componen el gas, aunque algunos gases están compuestos por especies atómicas, por ejemplo, los gases nobles).

La prueba de la KMT y sus postulados es su capacidad para explicar y describir el comportamiento de un gas. Las distintas leyes de los gases pueden derivarse de los postulados de la KMT, lo que ha llevado a los químicos a creer que los postulados de la teoría representan con precisión las propiedades de las moléculas de los gases. Primero veremos las leyes individuales de los gases (leyes de Boyle, Charles, Amontons, Avogadro y Dalton) conceptualmente para ver cómo la KMT las explica. A continuación, examinaremos con más detenimiento

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La teoría cinética molecular permite explicar la existencia de las tres fases de la materia: sólido, líquido y gas. Además, ayuda a explicar las características físicas de cada fase y cómo las fases cambian de una a otra. La Teoría Cinética Molecular es esencial para explicar la presión de los gases, la compresibilidad, la difusión y la mezcla. Nuestras explicaciones sobre la velocidad de reacción y el equilibrio también se basan en los conceptos de la Teoría Cinética Molecular.

Aproximadamente, el \Nde la atmósfera es oxígeno. Este gas es esencial para la vida. En los entornos en los que el oxígeno es escaso, se puede suministrar desde un depósito. Como los gases son muy compresibles, se puede almacenar una gran cantidad de oxígeno en un recipiente relativamente pequeño. Cuando se libera, el volumen se expande y la presión disminuye. El gas está entonces disponible para la respiración bajo una presión normal.

La teoría cinético-molecular es una teoría que explica los estados de la materia y se basa en la idea de que la materia está compuesta por pequeñas partículas que siempre están en movimiento. La teoría ayuda a explicar las propiedades y comportamientos observables de los sólidos, líquidos y gases. Sin embargo, la teoría se entiende más fácilmente cuando se aplica a los gases y es con los gases con los que comenzaremos nuestro estudio detallado. La teoría se aplica específicamente a un modelo de gas llamado gas ideal. Un gas ideal es un gas imaginario cuyo comportamiento se ajusta perfectamente a todos los supuestos de la teoría cinético-molecular. En realidad, los gases no son ideales, pero están muy cerca de serlo en la mayoría de las condiciones cotidianas.

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