Cargando…

Teoría cinética molecular

Física

Conceptos clave

La teoría cinética explica el comportamiento de los gases a partir del movimiento de sus moléculas.
Un gas está formado por muchas partículas en movimiento rápido y aleatorio.
La presión surge de los choques de las moléculas contra las paredes.
La temperatura mide la energía cinética media de las moléculas.

Supuestos del modelo

Las moléculas son muy pequeñas (volumen despreciable) y muy numerosas.
Se mueven al azar y chocan de forma elástica (sin perder energía cinética).
No hay fuerzas entre ellas salvo durante los choques.
El tiempo de choque es despreciable frente al de vuelo libre.

La presión desde los choques

Cada choque contra la pared ejerce una fuerza; la suma de muchos da la presión.
Más moléculas o más rápidas → más choques → más presión.
Reducir el volumen aumenta la frecuencia de choques → más presión (Boyle).

Temperatura y energía cinética

La energía cinética media de una molécula es proporcional a la temperatura absoluta: $\bar{E}_c = \tfrac{3}{2}k_B T$
$k_B = 1{,}38\times10^{-23}\,\text{J K}^{-1}$ (constante de Boltzmann).
Al subir $T$ (en K), las moléculas se mueven más rápido.

Ejemplo resuelto

Problema: halla la energía cinética media de una molécula a 300 K. ( $k_B = 1{,}38\times10^{-23}$ )
$\bar{E}_c = \tfrac{3}{2}k_B T = \tfrac{3}{2}\times1{,}38\times10^{-23}\times300$ .
$\bar{E}_c = 1{,}5\times1{,}38\times10^{-23}\times300 \approx 6{,}2\times10^{-21}\,\text{J}$ .

En el examen IB

La energía cinética media depende solo de la temperatura (en K), no del tipo de gas.
Error frecuente: usar °C en la relación con la energía cinética.
Sabe explicar la presión como resultado de choques contra las paredes.
A la misma temperatura, todas las moléculas tienen la misma energía cinética media.