A teoria cinética molecular dos gases

RKA20JL - Alô, alô, moçada! Tudo bem com vocês? Hoje, aprenderemos um pouquinho sobre a teoria cinética molecular dos gases. Comecemos pensando em como podemos medir o volume de um gás em nível macro. Você sabe o que significa nível macro? Significa em grande escala, uma escala bem maior do que a escala de átomos ou moléculas. Em nível macro, podemos medir a pressão dos gases. Sabe como? Bom, a pressão é uma força exercida por uma unidade de área. Existem várias engenhocas que você pode usar para medir a pressão, a depender do que você pretende: a força você pode medir com molas e aplicar certas forças a certas áreas quadradas, por exemplo. Outra maneira de medir a pressão é avaliando o volume que o gás ocupa em um recipiente. Imagine aí em um recipiente tipo esse que desenhei aqui para você. Podemos encontrar o volume de um prisma retangular como este. Podemos calcular, também, o volume de uma esfera ou qualquer outra figura geométrica. Existem muitas maneiras de medir o volume. Sabemos que, dentro deste local, há muitas moléculas. Também somos capazes de medir a temperatura e podemos fazer isso em diferentes escalas. A escala Kelvin é a que usamos porque é uma escala absoluta. Mas você pode usar termômetros em outras escalas para medir a temperatura. Mais uma vez, você pode medir a temperatura sem saber nada sobre átomos ou moléculas ou se elas existem. Você também pode medir a quantidade de uma substância. Medir a quantidade de uma substância significa dizer quantos mols há naquele volume. Agora você pode dizer que os mols não envolvem um certo número de moléculas ou átomos. Bom, o volume, a temperatura, a quantidade em mols, nós podemos medir em nível macro. Todos esses fatores estão presentes na equação dos gases ideais, que é definida por pressão do gás vezes o volume é igual à quantidade de gás com que estamos lidando, simbolizamos por esse n aqui, medido em mols, vezes uma constante R, que é a constante dos gases ideais (e vamos falar sobre como alguns gases se aproximam deste ideal) e vezes a temperatura, medida em Kelvin. Então, temos PV = n R T. Os cientistas, há muito tempo, conseguiram fazer essa relação da equação a partir dos conhecimentos sobre átomos e observando as moléculas e os parâmetros macro que já conversamos, mas como essas medições em escala macro e as relações presentes na equação fazem sentido em nível molecular? É isso que a teoria cinética nos fornece. Imagine que o gás está sendo feito de um monte de pequenas partículas de gás. Por serem bem pequeninas, elas ocupam um volume pequeno, mesmo pensando no coletivo de todas essas moléculas em comparação com o volume de um grande recipiente. Imagine, também, que há um espaço vazio entre essas partículas de gás. E agora, pense na pressão causada por essas partículas, quicando nas laterais do recipiente, exercendo uma força por uma unidade de área ali dentro. Ou seja, uma pressão. Essas colisões são conhecidas como força elástica e isso daremos com mais detalhes em um curso de física. Mas, em resumo, a força elástica diz que a energia cinética é preservada. E assim, a energia cinética dessas partículas quando elas ricocheteiam, sua massa não muda. A massa das partículas ainda está lá. E estamos dizendo que a velocidade desse ricochetear será preservada. Então, você tem todas essas partículas pequeninas exercendo uma pressão por ter colisões elásticas nas laterais do recipiente. E a temperatura está relacionada com a energia cinética média dessas partículas, de forma proporcional: quanto mais alta a temperatura, mais alta a energia cinética média. Agora, a energia cinética média é muito importante, porque algumas dessas partículas podem estar se movendo mais rápido do que outras. O n, o número de mols, nos diz com quantas partículas estamos lidando. Sabemos que cada mol possui o número de partículas da constante de Avogadro. Então, se você multiplicar várias vezes o número de Avogadro, você tem o número de partículas. Estamos aqui construindo uma teoria, mas os químicos e físicos conseguem enxergar além. Eles visualizam esses processos acontecendo dentro dos recipientes. Só para deixar um pouco mais claro, os axiomas que você poderia dizer da teoria molecular cinética, as suposições disso, eu as darei aqui, e é importante perceber que estas são suposições e, no mundo real, temos uma pequena variação dessas suposições. Porém, elas nos ajudam muito a explicar o comportamento dos gases. Bom, retomando, então: o gás consiste em partículas pequenas em movimento aleatório constante, que estão sempre pressionando as laterais dos recipientes. O volume das partículas é desprezível quando comparado com o volume total em que o gás está contido. Dizer isso é importante quando se fala de gases ideais. As partículas não exercem atração ou forças repulsivas umas sobre as outras. As colisões entre as partículas são elásticas e elas preservam a energia cinética, e a energia cinética média das partículas é proporcional à temperatura em Kelvin. Por hoje, é só. Continue estudando com a Khan Academy! Bons estudos e até logo!