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Teoria cinética dos gases

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Teoria cinética dos gases

A postagem abaixo foi retirada do site: Mundo Educação

Um pouco da história da teoria dos gases

Após inúmeros estudos realizados, em meados de 1840, estudiosos concluíram que o calor é uma forma de energia e não uma substância, como se imaginava.

Entre os pesquisadores em destaque estão James Prescott Joule e Rudolf Clausius que, através de seus estudos, chegaram à conclusão de que o calor está relacionado à energia cinética dos átomos e às moléculas de uma substância.

Essa teoria apresentada não era aceita em razão de se tratarem de partículas microscópicas, ou seja, invisíveis a olho nu, o que barrava sua aceitação na comunidade científica.As leis de Newton eram a base dos estudos da teoria cinética dos gases, o que acabou facilitando sua aceitação mais tarde. Ainda hoje é utilizada e considerada importante como modelo de desenvolvimento de teoria física, apesar de suas explicações serem inaceitáveis para a física moderna.

A teoria cinética dos gases são hipóteses que abordam o que é um gás e como ele se comporta.

Hipóteses da teoria dos gases

• A formação de um gás se dá por um grande número de moléculas;

• As moléculas dos gases possuem dimensão desprezível, o que significa que o volume por elas ocupado é muito pequeno, quase insignificante;

• Esses gases se deslocam de forma descontínua e aleatória ocupando, assim, todo o volume do recipiente onde se encontram, tendo movimento retilíneo e uniformemente variado;

• São independentes, só interagem entre si quando ocorre colisão;

• As colisões existentes entre moléculas e moléculas e entre moléculas e paredes do recipiente são colisões elásticas, que fazem com que a energia cinética das moléculas permaneça constante.

Energia interna

A energia interna do gás existe quando o gás for constituído por moléculas de apenas um átomo e nesse gás estiver a soma das energias cinéticas dessas moléculas que o constituem, fornecendo assim o valor total da energia desse gás.

Podemos então concluir que através da Teoria Cinética dos Gases é possível calcular a energia média total de amostra de gases, dependendo, claro, da estrutura molecular do gás analisado, obtendo assim um resultado, mesmo que restrito.

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Teoria cinética dos gases

A teoria cinética dos gases permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas.

Os físicos Boltzmann e Maxwell foram os principais responsáveis pela teoria cinética dos gases
Os físicos Boltzmann e Maxwell foram os principais responsáveis pela teoria cinética dos gases

 No estudo dos gases ideais vemos que um gás é composto por átomos e moléculas, que se movem de acordo com as leis estabelecidas pela cinemática. Em um gás, suas partículas normalmente estão muito distantes uma das outras, tendo o vazio entre si. Vemos também que a principal característica dos gases é de praticamente só existir interação entre suas partículas quando elas colidem umas com as outras.

Com relação à Lei dos Gases Ideais, podemos dizer que ela nos mostra a relação entre pressão, volume, temperatura e número de mols. Essa relação é obtida a partir de um modelo simples para os gases, que permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas. A teoria cinética dos gases se baseia em quatro postulados:

1 – o gás é formado por moléculas que se encontram em movimento desordenado e permanente. Cada molécula pode ter velocidade diferente das demais.

2 – cada molécula do gás interage com as outras somente por meio de colisões (forças normais de contato). A única energia das moléculas é a energia cinética.

3 – todas as colisões entre as moléculas e as paredes do recipiente que contém o gás são perfeitamente elásticas. A energia cinética total se conserva, mas a velocidade de cada molécula pode mudar.

4 – as moléculas são infinitamente pequenas. A maior parte do volume ocupado por um gás é espaço vazio.

Partindo desses postulados, Boltzmann e Maxwell mostram que a energia cinética média do total de moléculas de um gás ideal é proporcional à temperatura conforme a expressão:

Onde k é a constante de Boltzmann e N é o número de moléculas. O valor de k pode ser calculado a partir da constante dos gases R e do número de Avogadro NA por

A expressão obtida mostra que a temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas de um gás ideal. Assim, vemos que a temperatura é uma média do grau de agitação das moléculas de um gás. Usando o número de mols, temos:

 

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