Descripción del comportamiento de gases reales con teoría cinética molecular

Suposición de un gas ideal por la teoría cinética molecular. La principal utilidad de la teoría cinético-molecular es comprender los gases y predecir su comportamiento. Ayuda a vincular los comportamientos microscópicos de los gases ideales con las propiedades macroscópicas de otros gases. Al utilizar la teoría cinética molecular para el gas ideal se hicieron cinco suposicionesLos gases tienen muchas moléculas en movimiento constante, aleatorio y lineal. Esto significa que las moléculas de los gases se mueven libremente en un movimiento lineal y su movimiento es constante y no cambia.

El volumen de todas las moléculas es casi insignificante comparado con el volumen total del gas. Porque las moléculas de gas están muy alejadas unas de otras, todo el volumen es el volumen del espacio que ocupan. Como individuos su volumen es insignificanteDebido a que las moléculas están muy alejadas unas de otras, las fuerzas intermoleculares en el gas son insignificantes. Las moléculas se mueven aleatoriamente y libremente debido a que no existe atracción entre ellas.

La colisión entre las moléculas de gas es elástica. Esto significa que las moléculas de gas tienen la misma energía cinética a una temperatura constante. Pero esto no se aplica cuando la temperatura cambiaA cualquier temperatura, todas las moléculas de gas tienen la misma energía cinética en equilibrio. Esto significa que la energía cinética promedio de las moléculas de gas es proporcional a la temperatura o temperatura absoluta.

Ecuación cinética molecular. La teoría cinético molecular habla del estado de la materia y se basa en el concepto de que la materia está formada por partículas diminutas. Estas partículas se mueven libremente. La ecuación y teoría cinética de los gases moleculares fueron desarrolladas por Bernoulli en 1738. Porque las moléculas de los gases se mueven con mucha libertad y no existe fuerza de atracción para unirlas.

Más tarde, en el siglo XIX, Joule, Kronig, Clausius, Boltzman y Maxwell trabajaron en ello y dieron una ecuación cinética del gas basada en la velocidad cuadrática media. Esta ecuación se utiliza para derivar la raíz cuadrada media de la velocidad y la densidad de las moléculas de gas. Raíz cuadrada media de velocidad. El gas contiene una gran cantidad de moléculas y cada molécula tiene una velocidad particular. La raíz cuadrada media de la velocidad es el promedio del cuadrado de la velocidad de todos los gases. También se conoce como velocidad/raíz cuadrática media. Podemos derivarlo de la ecuación cinética del gas y las leyes de los gases ideales.

Veamos un ejemplo de la velocidad cuadrática media de los gases. De la fórmula del valor medio cuadrático se desprende claramente que depende de la temperatura y de la masa molecular, que son directa e inversamente proporcionales respectivamente. Al aumentar la masa molecular la velocidad disminuye y al aumentar la temperatura la velocidad aumenta. Si la temperatura del gas es 300 K y el gas es dióxido de carbono, entonces su velocidad cuadrática media es la siguiente.

Difusión. Es un movimiento molecular de alta concentración a baja concentración. Esto ocurre cuando las moléculas chocan libremente entre sí. Ayuda en el movimiento de moléculas dentro y fuera de las células. El movimiento de moléculas ocurre desde la región de mayor concentración a la región de menor concentración. Ocurre por debajo del gradiente de concentración.

Difusión de sólidos, líquidos y gasesLa difusión ocurre en líquidos y gases porque las moléculas se mueven libremente. La difusión es muy alta en los gases porque las moléculas están muy alejadas unas de otras. En las moléculas de los líquidos, el movimiento no es tan aleatorio, por lo que la difusión es menor que en los gases pero mayor que en los sólidos. En los sólidos, las moléculas están muy compactas, por lo que no muestran difusión.

Vamos a discutir un ejemplo. Cuando añadimos una bolsita de té a una taza de agua caliente, ésta se difunde en el agua y cambia de color. Esto sucede porque las moléculas del líquido se mueven libremente. Cuando rociamos desodorante, este se difunde en el aire de la habitación. Gracias a eso podemos sentir el olor. Esto sucede porque las moléculas de gas se mueven aleatoriamente y tienen una alta tasa de difusión.

Tasa de difusiónSegún la definición de la ley de difusión de Graham, la velocidad a la que se difunden las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar. Su fórmula es la siguiente. También se conoce como la cantidad de gas que pasa a través de una unidad de área de tiempo. Varios factores afectan la velocidad de difusión, como la temperatura, la masa molecular y el gradiente de concentración.

Curva de Maxwell-Boltzmann. Las moléculas de un gas se mueven libremente, pero no todas se mueven a la misma velocidad. Algunas moléculas se mueven muy rápido, otras se mueven a una velocidad moderada y otras apenas se mueven. Por eso no podemos considerar simplemente la velocidad de una sola molécula. Así llegamos a conocer la distribución de la velocidad del gas a una temperatura específica.

James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann respondieron a esta pregunta a finales de los años ochenta. Esto muestra la velocidad de distribución de las moléculas del gas ideal. Esto se llama distribución/curva de Maxwell-Boltzmann. Podemos predecir mediante esta curva que si la curva es más alta en una región particular, más moléculas de gas se mueven con esa velocidad. El área bajo la curva da el número de moléculas por unidad de velocidad.