Lleis dels Gasos i Teoria Cinètica: Guia Completa

Pressió Atmosfèrica

La pressió atmosfèrica és la pressió que exerceix l'aire i és responsable d'alguns fenòmens curiosos que podem analitzar.

Lleis Fonamentals dels Gasos

Llei de Boyle-Mariotte

Quan un gas experimenta transformacions a temperatura constant, el producte de la pressió que exerceix pel volum que ocupa roman constant (P·V = k).

Llei de Gay-Lussac

Quan un gas experimenta transformacions a volum constant, el quocient entre la pressió que exerceix i la seva temperatura absoluta roman constant (P/T = k).

Llei de Charles

Quan un gas experimenta transformacions a pressió constant, el quocient entre el volum del gas i la seva temperatura absoluta roman constant (V/T = k).

Equació General dels Gasos Ideals

Si relacionem les tres lleis dels gasos (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac i Charles), podem deduir una expressió que connecta la pressió, el volum i la temperatura d'un gas quan passa d'un estat (P₁, V₁, T₁) a qualsevol altre estat (P₂, V₂, T₂): (P₁·V₁)/T₁ = (P₂·V₂)/T₂. Aquesta relació es coneix com l'equació general dels gasos ideals.

Teoria Cinètica dels Gasos

La teoria cinètica dels gasos descriu el comportament dels gasos basant-se en els següents postulats:

• Els gasos estan formats per partícules molt petites (àtoms o molècules) que estan molt separades les unes de les altres i que es mouen constantment i aleatòriament per tot el recipient.
• El volum de les partícules és negligible en comparació amb el volum total del recipient. Per tant, podem suposar que el volum que ocupa el gas és la capacitat del recipient.
• No hi ha forces d'atracció o repulsió significatives entre les partícules d'un gas. Per això, es mouen amb llibertat total.
• Les partícules del gas es mouen en línia recta. Quan col·lideixen amb una altra partícula o contra les parets del recipient, les col·lisions són perfectament elàstiques, és a dir, l'energia cinètica total es conserva. Les partícules canvien de direcció, però mantenen la seva velocitat (en absència de canvis de temperatura).
• La pressió que exerceix el gas és el resultat del nombre de col·lisions per unitat de temps de les seves partícules contra les parets del recipient.
• La temperatura absoluta del gas és directament proporcional a l'energia cinètica mitjana de les partícules que el formen; com més velocitat mitjana, més alta és la temperatura.

Aplicació: Teoria Cinètica i Lleis dels Gasos

Explicació de la Llei de Boyle-Mariotte

Perquè la temperatura romangui constant, l'energia cinètica mitjana (i, per tant, la velocitat mitjana) de les partícules del gas s'ha de mantenir constant. Si disminueix el volum del recipient, les partícules tenen menys espai per moure's i col·lideixen més freqüentment amb les parets. Això augmenta el nombre de col·lisions per segon, resultant en un augment de la pressió. Al contrari, si augmenta el volum del recipient, les partícules triguen més a arribar a les parets, disminueixen les col·lisions per segon i la pressió disminueix.

Explicació de la Llei de Gay-Lussac

Quan el gas s'escalfa, n'augmenta la temperatura perquè les seves partícules es mouen a una velocitat mitjana més alta (augmenta la seva energia cinètica). Si el volum del recipient roman constant, les partícules, en moure's més ràpidament, col·lidiran més sovint i amb més força contra les parets. Això fa que augmenti el nombre de col·lisions per segon i, per tant, la pressió. Quan el gas es refreda, en disminueix la temperatura perquè les seves partícules es mouen a una velocitat mitjana més baixa. Si el volum del recipient roman constant, les partícules trigaran més a arribar a les parets i les col·lisions seran menys freqüents i menys energètiques, resultant en una disminució de la pressió.

Explicació de la Llei de Charles

Quan el gas s'escalfa, n'augmenta la temperatura perquè les seves partícules es mouen a una velocitat mitjana més alta. Perquè la pressió del gas romangui constant (és a dir, el nombre i la força de les col·lisions contra les parets per unitat de temps es mantingui), el volum del recipient ha d'augmentar. Aquest augment de volum compensa l'increment de velocitat de les partícules, mantenint constant el ritme de col·lisions. Quan el gas es refreda, les seves partícules es mouen més a poc a poc. Perquè es mantingui el nombre de col·lisions per segon contra les parets (i, per tant, la pressió), el volum del recipient ha de disminuir.