Basispostulaten van de kinetische moleculaire theorie: deeltjesgrootte, energie en botsing

Terwijl de gaswetten de relaties tussen verschillende eigenschappen van ideale gassen samenvatten, verklaart de kinetische moleculaire theorie waarom gassen de wetten volgen. De theorie is gebaseerd op een aantal aannames of postulaten. De eerste aanname is dat gasdeeltjes verwaarloosbaar klein zijn.

Een gas is meestal lege ruimte die bestaat uit kleine deeltjes die worden gescheiden op afstanden die veel groter zijn dan hun eigen afmetingen. Hun gecombineerde volume is verwaarloosbaar in verhouding tot het totale volume waarin het gas zich bevindt. In tegenstelling tot vaste stoffen en vloeistoffen, die onsamendrukbaar zijn vanwege hun nauwe onderlinge afstand tussen de deeltjes, zijn gassen zeer samendrukbaar.

Gasdeeltjes zijn in een constante staat van beweging langs rechte lijnen in willekeurige richtingen. Hun pad verandert alleen als ze in botsing komen met andere deeltjes of met de wanden van hun container. De tweede veronderstelling is dat gasdeeltjes perfect elastische botsingen hebben.

Ze botsen en stuiteren op elkaar zonder aan elkaar te kleven. Dit is te vergelijken met de botsingen tussen biljartballen tijdens een potje biljart. Wanneer gasdeeltjes botsen, wisselen ze energie met elkaar uit, maar er is geen netto energieverlies.

Met andere woorden, de totale energie van het systeem blijft constant. Gasdeeltjes zijn constant in beweging;daarom bezitten ze kinetische energie. De derde aanname stelt dus dat de gemiddelde kinetische energie van een gas evenredig is met de absolute temperatuur in kelvin.

Dit betekent dat kinetische energie toeneemt met de temperatuur, en bijgevolg bewegen de deeltjes sneller. Bij hogere temperaturen neemt hun snelheid toe. Omgekeerd, als de temperatuur afneemt, neemt ook de kinetische energie van de deeltjes toe, en bewegen ze langzamer.

Bij een bepaalde temperatuur hebben alle gassen, ongeacht hun molecuulmassa, dezelfde gemiddelde kinetische energie. Kinetische energie is gelijk aan massa maal snelheid in het kwadraat. Om verschillende gassen dezelfde gemiddelde kinetische energie te laten hebben, moeten hun gasdeeltjes dus met verschillende gemiddelde snelheden voortbewegen.

Daarom hebben zwaardere gassen lagere gemiddelde snelheden, terwijl lichtere gassen hogere gemiddelde snelheden hebben. Helium en neon hebben bijvoorbeeld dezelfde gemiddelde kinetische energie als ze dezelfde temperatuur hebben. Door het verschil in massa bewegen de neonatomen echter veel langzamer dan de heliumatomen.