Teoria cinetica de los liquidos

teoría cinética de los gases

La teoría cinética molecular de la materia ofrece una descripción de las propiedades microscópicas de los átomos (o moléculas) y sus interacciones, que conducen a propiedades macroscópicas observables (como la presión, el volumen o la temperatura). Una aplicación de la teoría es que ayuda a explicar por qué la materia existe en diferentes fases (sólida, líquida y gaseosa) y cómo la materia puede cambiar de una fase a otra.

Tomemos como ejemplo el agua. En su fase sólida (hielo), las moléculas de agua tienen muy poca energía y no pueden alejarse unas de otras. Las moléculas se mantienen estrechamente unidas en un patrón regular llamado entramado. Si el hielo se calienta, la energía de las moléculas aumenta. Esto significa que algunas de las moléculas de agua son capaces de superar las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas, y las moléculas se separan más, formando agua líquida. Por eso el agua líquida puede fluir: las moléculas tienen mayor libertad de movimiento que en la red sólida. Si las moléculas se calientan más, el agua líquida se convierte en vapor de agua, que es un gas. Las partículas del gas tienen más energía y se encuentran, por término medio, a distancias mucho mayores que el tamaño de los átomos/moléculas. Las fuerzas de atracción entre las partículas son muy débiles dadas las grandes distancias entre ellas.

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Estoy familiarizado con la teoría cinética de los gases, en la que los átomos o las moléculas se mueven aleatoriamente a una velocidad relativamente alta y las propiedades del gas se determinan mediante la agregación de estas partículas, por ejemplo, promediando las velocidades de las partículas para determinar la velocidad del conjunto.

Tengo curiosidad por saber si este modelo se aplica, y cómo, a los fluidos, donde las partículas están mucho más juntas e intuitivamente no deberían tener tanto espacio para volar alrededor y pasar entre ellas. ¿Se puede seguir aplicando esta teoría o ya no es válida?

EDIT: Una lectura más detallada muestra que la teoría cinética se basa en la ecuación de Boltzmann, que supone sólo colisiones binarias entre partículas (diluidas). ¿Puede utilizarse la ecuación de Boltzmann también para modelar líquidos? Si es así, ¿afecta la suposición de colisiones binarias?

Max Born y Herbert S. Green desarrollaron una teoría cinética de los líquidos a finales de los años cuarenta. Sin embargo, como dicen en la introducción de su primer trabajo sobre el tema, la teoría cinética de los líquidos no puede utilizar las condiciones simplificadoras de la teoría cinética de los gases (baja densidad) o de los sólidos (orden espacial). En consecuencia, su teoría es mucho más difícil que la de ambos, y no sé si se utiliza en la práctica.

teoría cinética molecular

La teoría cinética se aplica a las propiedades de los fluidos reales incluyendo el efecto de la atracción molecular. Las propiedades observadas de las sustancias individuales se calculan directamente por dinámica pura a partir de la atracción de sus partículas últimas, la agitación térmica y el volumen únicamente, sin introducir ningún factor arbitrario. La atracción mutua de las moléculas de las sustancias reales aumenta su velocidad media cuadrática. La ley de Maxwell se modifica mediante la introducción de un parámetro λ que multiplica la velocidad más probable de las moléculas, siendo λ la relación entre la velocidad más probable en un fluido real y la de un gas ideal. Otras consecuencias necesarias de la atracción molecular son que todos los gases y líquidos reales están asociados; hay en cada interfaz una capa adsorbida que modifica el efecto medio de la transferencia de momento en la colisión, y hay un cambio de energía, debido a la variación de λ, al pasar de un medio a otro. Se han calculado estos efectos. Para aplicar los resultados, hay que adoptar una ley de fuerza. Se ha comprobado que la ley de la octava potencia inversa de Edser es válida. El método es aplicable a todas las propiedades físicas de los fluidos y se aplica, a modo de ejemplo, a la ecuación de estado de un gas y a la presión de vapor y viscosidad de un líquido con resultados satisfactorios. La nueva teoría explica la disminución observada de la viscosidad de los líquidos con la temperatura, sin la cual no se puede aceptar ninguna teoría.

teoría cinética de los sólidos

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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