Velocidades Moleculares y Energía Cinética

Todas las partículas de gas tienen energía cinética, la cual es una función de la masa, en kilogramos, y la velocidad de la partícula, o la magnitud de su velocidad, en metros por segundo. Con cada colisión, las velocidades de las partículas individuales de gas cambian. Por lo tanto, una agrupación de partículas de gas en realidad tiene una distribución, o rango, de velocidades y energías cinéticas.

Esto significa que, en cualquier momento, algunas moléculas se mueven más lento que otras;sin embargo, la energía cinética promedio permanece igual. La energía cinética promedio está relacionada con el promedio de los cuadrados de las velocidades, o la media cuadrática de la velocidad, los cuales permanecen constantes a una temperatura dada para un gas determinado. Ahora, la energía cinética promedio de un mol de un gas se expresa mediante la introducción de la constante de Avogadro, NA.El producto de la masa por partícula y la constante de Avogadro de partículas por mol es igual a la masa molar del gas en kilogramos por mol.

Recordemos que la teoría cinética molecular dice que la energía cinética promedio de un mol de gas es directamente proporcional a la temperatura. A través de derivaciones complejas, se determina que la constante de proporcionalidad es 3/2 R.Al combinar las dos ecuaciones, reorganizar los términos y sacar la raíz cuadrada en cada lado, se crea una relación entre la raíz cuadrada de la media cuadrática de la velocidad también llamada media cuadrática o velocidad RMS, la masa molar y la temperatura absoluta de un gas. La velocidad media cuadrática es inversamente proporcional a la masa molar y directamente proporcional a la temperatura.

Supongamos que dos gases, helio y argón, están a la misma temperatura. Como el helio tiene la masa molar más baja, la ecuación indica que el helio debería tener una mayor velocidad media cuadrática que el argón. Se hace una observación similar en un gráfico de la distribución de velocidades moleculares para tres gases, helio, argón y cloro, a la misma temperatura.

Es de notar que, aunque todos los gases tienen el mismo promedio de energía cinética, el gas más ligero, el helio, tiene la velocidad media cuadrática más alta y la más amplia distribución de velocidad, lo que corresponde al rango más amplio de velocidades moleculares. Un gráfico de la distribución de velocidad para cualquier gas, como el argón, a diferentes temperaturas muestra un aumento en la velocidad media cuadrática y una ampliación de la distribución de la velocidad a temperaturas más altas. En resumen, los gases se mueven más rápido a más altas temperaturas.

Por ejemplo, las partículas de gas que producen el aroma de la comida caliente se mueven más rápido que las partículas en la comida fría. Así, la comida caliente se percibe más rápido que la comida fría.