O que é a teoria cinética?
A teoria cinética é uma teoria científica sobre a natureza dos gases. A teoria tem muitos nomes, incluindo a teoria cinética dos gases, a teoria cinético-molecular, a teoria da colisão e a teoria cinético-molecular dos gases. Explica as propriedades observáveis e mensuráveis, também chamadas macroscópicas, dos gases em termos de composição e atividade molecular. Enquanto Isaac Newton teorizou que a pressão de um gás é devido à repulsão estática entre moléculas, a teoria cinética sustenta que a pressão é o resultado de colisões entre moléculas.
A teoria cinética faz uma série de suposições sobre gases. Primeiro, um gás é feito de partículas muito pequenas, cada uma com massa diferente de zero, movendo-se constantemente de maneira aleatória. O número de moléculas em uma amostra de gás deve ser grande o suficiente para comparação estatística.
A teoria cinética assume que as moléculas de gás são perfeitamente esféricas e elásticas, e que suas colisões com as paredes de seu recipiente também são elásticas, o que significa que elas não resultam em nenhuma alteração na velocidade. O volume total de moléculas de gás é desprezível em comparação com o volume total de seu recipiente, o que significa que há amplo espaço entre as moléculas. Além disso, o tempo durante a colisão de uma molécula de gás com a parede do recipiente é insignificante em relação ao tempo entre colisões com outras moléculas. A teoria ainda se baseia na suposição de que quaisquer efeitos relativísticos ou mecânicos quânticos são desprezíveis e que quaisquer efeitos das partículas de gás uns sobre os outros são desprezíveis, com exceção da força exercida por colisões. A temperatura é o único fator que afeta a energia cinética média, ou energia devido ao movimento, das partículas de gás.
Essas suposições devem ser mantidas para que as equações da teoria cinética funcionem. Um gás que cumpre todas essas premissas é uma entidade teórica simplificada conhecida como gás ideal. Gases reais geralmente se comportam de maneira semelhante aos gases ideais para que as equações cinéticas sejam úteis, mas o modelo não é perfeitamente preciso.
A teoria cinética define pressão como a força exercida pelas moléculas de gás quando colidem com a parede do recipiente. A pressão é calculada como a força por área ou P = F / A. Força é o produto do número de moléculas de gás, N, a massa de cada molécula, m, e o quadrado de sua velocidade média, v 2 rms , todos divididos por três vezes o comprimento do recipiente, 3l. Portanto, temos a seguinte equação para força: F = Nmv 2 rms / 3l. A abreviação, rms, significa raiz quadrada média, uma média da velocidade de todas as partículas.
A equação da pressão é P = Nmv 2 rms / 3Al. Como a área multiplicada pelo comprimento é igual ao volume V, essa equação pode ser simplificada como P = Nmv 2 rms / 3V. O produto da pressão e do volume, PV, é igual a dois terços da energia cinética total, ou K, permitindo a derivação de propriedades macroscópicas de uma microscópica.
Uma parte importante da teoria cinética é que a energia cinética varia em proporção direta à temperatura absoluta de um gás. A energia cinética é igual ao produto da temperatura absoluta, T, e a constante de Boltzman, k B , multiplicada por 3/2; K = 3Tk B / 2. Portanto, sempre que a temperatura aumenta, a energia cinética aumenta e nenhum outro fator afeta a energia cinética.