5.6: Teoria cinetica molecolare: postulati di base

L’equazione del gas ideale, che è empirica, descrive il comportamento dei gas stabilendo relazioni tra le loro proprietà macroscopiche. Ad esempio, la legge di Charles afferma che il volume e la temperatura sono direttamente correlati. I gas, quindi, si espandono quando riscaldati a pressione costante. Sebbene le leggi sul gas spieghino come le proprietà macroscopiche cambiano l’una rispetto all’altra, non spiega la logica alla base.

La teoria molecolare cinetica è un modello microscopico che aiuta a capire cosa succede alle particelle di gas a livello molecolare o atomico quando condizioni come la pressione o la temperatura cambiano. Nel 1857 Rudolf Clausius pubblicò una forma completa e soddisfacente della teoria, che spiega efficacemente le diverse leggi sul gas attraverso i postulati che furono sviluppati sulla base di centinaia di osservazioni sperimentali del comportamento dei gas.

Le caratteristiche salienti di questa teoria sono:

1. I gas sono composti da particelle (atomi o molecole) che sono in continuo movimento, viaggiando in linee rette e cambiando direzione solo quando si scontrano con altre molecole o con le pareti di un contenitore.
   Esaminare un campione di gas argon a temperatura e pressione standard. Mostra che solo lo 0,01% del volume è adozione da atomi con una distanza media di 3,3 nm (il raggio atomico dell’argon è di 0,097 nm) tra due atomi di argon. La distanza è di gran lunga maggiore della sua dimensione.
2. Le molecole che compongono il gas sono trascurabilmente piccole rispetto alle distanze tra di loro. Pertanto, il volume combinato di tutte le particelle di gas è trascurabile rispetto al volume totale del contenitore. Le particelle sono considerate “punti” che hanno massa ma volume trascurabile.
3. La pressione esercitata da un gas in un contenitore deriva da collisioni tra le molecole di gas e le pareti del contenitore.
4. Le molecole di gas non esercitano forze attraenti o repulsive l’una sull’altra o sulle pareti del contenitore; pertanto, le loro collisioni sono elastiche (non comportano una perdita di energia).
   Durante le collisioni elastiche, l’energia viene trasferita tra le particelle in collisione. L’energia cinetica media delle particelle, quindi, rimane costante e non cambia con il tempo.
5. L’energia cinetica media delle molecole di gas è proporzionale alla temperatura kelvin del gas.
   Tutti i gas, indipendentemente dalla loro massa molecolare, hanno la stessa energia cinetica media alla stessa temperatura.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.5 The Kinetic-Molecular Theory.