Théorie cinétique des gaz : postulats de base

Alors que les lois des gaz résument les relations entre les différentes propriétés des gaz idéaux, la théorie moléculaire cinétique explique pourquoi les gaz suivent les lois. La théorie est basée sur quelques hypothèses ou postulats. La première hypothèse est que les particules de gaz sont de taille négligeable.

Un gaz est principalement un espace vide composé de petites particules qui sont séparées à des distances beaucoup plus grandes que leurs propres dimensions. Leur volume combiné est négligeable par rapport au volume total dans lequel le gaz est contenu. Contrairement aux solides et aux liquides, qui sont incompressibles en raison de leur espacement étroit entre les particules, les gaz sont fortement compressibles.

Les particules de gaz sont dans un état de mouvement constant le long de lignes droites dans des directions aléatoires. Leurs chemins ne changent que lorsqu'ils entrent en collision avec d'autres particules ou avec les parois de leur conteneur. La deuxième hypothèse est que les particules de gaz ont des collisions parfaitement élastiques.

Ils entrent en collision et rebondissent les uns des autres sans coller ensemble. Cela peut être comparé aux collisions entre les boules de billard pendant une partie de billard. Lorsque des particules de gaz entrent en collision, elles échangent de l'énergie les unes avec les autres, mais il n'y a pas de perte nette d'énergie.

En d'autres termes, l'énergie totale du système reste constante. Les particules de gaz se déplacent constamment;par conséquent, elles possèdent de l'énergie cinétique. Ainsi, la troisième hypothèse indique que l'énergie cinétique moyenne d'un gaz est proportionnelle à sa température absolue en kelvin.

Cela signifie que l'énergie cinétique augmente avec la température, et par conséquent, les particules se déplacent plus rapidement. À des températures plus élevées, leur vitesse augmente. Par contre, à mesure que la température diminue, l'énergie cinétique des particules diminue et elles se déplacent plus lentement.

À une température donnée, tous les gaz, quelle que soit leur masse moléculaire, ont la même énergie cinétique moyenne. L'énergie cinétique est égale à la masse fois la vitesse au carré. Ainsi, pour que différents gaz aient la même énergie cinétique moyenne, leurs particules de gaz doivent voyager à des vitesses moyennes différentes.

Par conséquent, les gaz plus lourds ont des vitesses moyennes plus faibles, tandis que les gaz plus légers ont des vitesses moyennes plus élevées. Par exemple, l'hélium et le néon, à la même température, ont la même énergie cinétique moyenne. Cependant, en raison de la différence de masse, les atomes de néon se déplacent beaucoup plus lentement que les atomes d'hélium.