Teoría cinética molecular de los gases

En este video hablaremos sobre algo llamado  Teoría cinética molecular, que suena muy elegante,   pero como veremos en los próximos minutos, de  hecho nos ayuda a formarnos una idea de lo que   realmente está sucediendo con el gas, o al menos  una aproximación de lo que está sucediendo con   el gas. Primero pensemos en el tipo de cosas  que sabemos que podemos medir en un gas a un   nivel macro. Ahora, ¿qué quiero decir con macro?  Me refiero a gran escala, a una escala que es   mucho mayor que la escala de átomos o moléculas.  Y conocemos los tipos de cosas que podemos medir,   podemos medir la presión, ¿cómo lo hacemos? Bueno,  la presión es sólo la fuerza por unidad de área,   y hay varios artilugios que puedes usar para medir  la presión dependiendo de para qué lo necesites.   Puedes medir la fuerza usando resortes y aplicar  ciertas fuerzas a ciertas áreas cuadradas. Pero   todas estas son formas en las que se puede medir  la presión, y nosotros podemos medir la presión   de un gas en un recipiente. Puedes medir el  volumen de un recipiente, es bastante sencillo.   Puedes imaginar un contenedor que se parece a  esto. Y sabemos cómo encontrar el volumen de   un prisma rectangular como este, o incluso si es  una esfera o algún otro tipo de figura. Hay muchas   formas de medir el volumen sin siquiera saber  que las moléculas existen. Sabemos cómo medir   la temperatura y podemos hacerlo en diferentes  escalas, kelvin es la más usada porque es una   escala absoluta; pero puedes literalmente  usar termómetros para medir la temperatura,   y, nuevamente, puedes medir la temperatura sin  saber nada sobre átomos o moléculas. Y también   se puede medir la cantidad de una sustancia, y  en particular podemos medir la cantidad de moles.   Ahora podrías decir que los moles involucran  un cierto número de moléculas o átomos,   y sí lo hacen, pero la noción de 1 mol existía  incluso antes de que supiéramos exactamente   cuántas moléculas, cuántas partículas componían  1 mol; simplemente se veía como una cantidad de   la que se sabía que debía tener cierta cantidad de  partículas, pero no lo sabían exactamente. Así que   podemos medir todas estas cosas a un nivel macro.  Y sabemos que todo esto lo podemos conectar con la   ecuación de los gases ideales, que nos dice que  la presión multiplicada por el volumen es igual   a la cantidad de gas que tenemos. Y estamos  hablando, por supuesto, de gases ideales;   y en futuros videos veremos cómo algunos gases  se acercan a ser un gas ideal, mientras que otros   son menos ideales. Pero la cantidad que tenemos  mide el número de moles. Tenemos la constante de   los gases ideales que nos ayuda a que todas las  unidades funcionen dependiendo de las unidades   de todo lo demás, y luego tenemos la temperatura  medida en kelvin. Y mucho antes de que pudiéramos   conocer cosas como los átomos u observar átomos o  moléculas directamente, o incluso indirectamente,   los científicos pudieron establecer esta relación  utilizando estas macro medidas. ¿Pero cómo tienen   sentido estas macro medidas y su relación a nivel  molecular? De esto se trata la Teoría cinética   molecular. Dice: imagina que el gas está formado  por un montón de partículas realmente pequeñas,   esas son las moléculas de gas, y su volumen  colectivo es muy pequeño en comparación con   el volumen del contenedor, así que hay mucho  espacio vacío entre esas partículas. Ahora,   la presión es causada por estas partículas  al rebotar en los costados del contenedor,   porque en cualquier momento dado hay suficientes  partículas rebotando en los costados en cualquier   unidad de área que está produciendo una fuerza  por unidad de área está ejerciendo presión. Aquí   suponemos que estas colisiones son lo que se  conoce como elásticas, lo que veremos con mucho   más detalle en un curso de Física, pero realmente  significa que la energía cinética se conserva.   Quizás ya estés familiarizado con la idea de  que la energía cinética es igual a la mitad de   la masa multiplicada por la velocidad al cuadrado  [EC = ½ mv²] . Entonces, por la energía cinética,   al rebotar la masa de las partículas no cambia,  la masa de las partículas sigue igual; y también   decimos que la velocidad se mantiene. Entonces  tienes todas estas pequeñas partículas que,   a pesar de que su volumen colectivo es pequeño  en comparación con el volumen del contenedor,   están ejerciendo presión al tener estas colisiones  elásticas con los costados del contenedor. Y la   temperatura está relacionada proporcionalmente con  la energía cinética promedio de estas partículas:   mientras mayor sea la temperatura, mayor será  la energía cinética promedio. Ahora bien,   la energía cinética promedio es realmente  importante porque algunas de estas partículas   pueden moverse más rápido que otras y, por  supuesto, n, el número de moles, nos dice   cuántas partículas tiene el gas. Sabemos que cada  mol tiene el número de partículas de Avogadro,   así que si multiplicas los moles por el número  de Avogadro tienes el número de partículas. Y lo   que es genial de la Teoría cinética molecular que  está diseñada como una teoría es que en realidad   es lo que los químicos y físicos visualizan cuando  imaginan un gas en cualquier tipo de recipiente.   Y para que queden más claros los axiomas de la  Teoría cinética molecular o los supuestos de la   misma los muestro aquí. Y es importante que te  des cuenta de que estas son suposiciones, y que   en el mundo real existe una ligera variación;  pero estas suposiciones nos ayudan a explicar   el comportamiento de los gases. Ya mencionamos que  el gas contiene partículas en constante movimiento   aleatorio y también mencionamos que las partículas  rebotan en los costados del contenedor. El volumen   combinado de las partículas es insignificante  en comparación con el volumen total en el que   está contenido el gas. Esto es importante  al hablar de los gases ideales porque si   este volumen deja de ser insignificante, entonces  tenemos que tomar en cuenta las interacciones de   repulsión y atracción. Las partículas no ejercen  fuerzas de atracción o repulsión entre sí. Esto   se relaciona con lo que acabo de mencionar:  si tuvieran fuerzas de atracción o repulsión,   entonces tendríamos un gas que es no tan ideal.  Hablaremos de esto en otros videos. Las colisiones   entre partículas son completamente elásticas,  por lo tanto, conservan la energía cinética   y también preservarán el impulso. Y que la  energía cinética promedio de las partículas   es proporcional a la temperatura en Kelvin. Y  ya hemos hablado de eso, que la macro medición   de temperatura nos indica que es proporcional a  la energía cinética promedio de las partículas.