A teoria cinética da matéria: definição e aplicações - Médico - 2023

Contente

A teoria cinética da matéria pode ser resumida em um único parágrafo: a matéria é descontínua, pois é composta de moléculas, uma série de agrupamentos definidos de átomos. Entre essas moléculas há um espaço vazio, e essas eles interagem uns com os outros através das forças de coesão.

Se formos para a revisão bibliográfica referente a esse conglomerado terminológico, é surpreendente observar que a maioria dos estudos atuais enfoca a comunicação da teoria às gerações de alunos e não em seus próprios fundamentos. Estamos diante de um conceito que é dado como certo devido à sua irrefutabilidade, então o maior problema hoje é fazer com que a população em geral entenda esse tipo de conceitos abstratos.

Muitos de nós entramos em contato com a teoria cinética durante o período letivo, pois é uma etapa obrigatória em qualquer curso de química básica. Mesmo assim, você poderia definir exatamente em que se baseia este aplicativo?

É claro que as bases nas quais a teoria cinético-molecular se baseia são muito mais complexas do que se poderia inicialmente acreditar. Junte-se a nós nesta jornada pelo mundo da física e da química, porque na ciência, dar o conhecimento como certo (não importa o quão básico) é geralmente um dos maiores motores do erro.

Recomendamos que você leia: "História da Química: evolução e marcos desta ciência"

Os quatro estados da matéria

A teoria cinética não pode ser entendida se não estabelecermos uma base de conhecimento prévia. Matéria, entendida como tudo o que se estende em uma certa região do espaço-tempo, pode ser apresentado em quatro estados diferentes. É necessário entender as propriedades de cada um, mesmo por meio de uma explicação simples, para prosseguir com essa incursão no mundo da química e da física. Vá em frente.

Recomendamos que você leia: "Os 10 materiais e objetos mais densos do Universo"

1. Estado sólido

Objetos de estado sólido estão presentes no meio de uma maneira definida, já que seus átomos frequentemente se entrelaçam em “redes” compactas.Por este motivo, a matéria sólida é geralmente caracterizada por um alta coesão, resistência à fragmentação e uma capacidade de fluxo baixa ou nenhuma. Quanto mais baixa a temperatura, menor é o movimento das partículas.

Recomendamos que você leia: "Os 10 lugares mais frios do Universo"

2. Estado líquido

O estado líquido é o resultado da aplicação de temperatura a um objeto sólido, que perde sua forma e estrutura cristalina no processo. Como há uma ligação muito menor entre os átomos do corpo, os líquidos fluem, não têm forma definida e são capazes de adaptar-se ao contêiner em que estão alojados.

3. Estado gasoso

Em terceiro lugar, temos o estado gasoso, que se caracteriza por agregação molecular não ligada e com pouca força de atração. Os gases não têm um volume ou formato definido, então expandir livremente até ocupar todo o recipiente em que estão contidos. A chave para esse meio, como veremos em linhas posteriores, é a liberdade das moléculas que o compõem.

4. Estado do plasma

Como dissemos antes, considerar os conceitos básicos como certos pode ser enganoso. Embora não seja tão conhecido, existe um quarto estado da matéria: o estado plasmático, que se diferencia claramente por suas propriedades de sólidos, líquidos e gases.

Estamos diante de um fluido semelhante ao gás, mas neste caso suas moléculas são eletricamente carregado. Como seus componentes são ionizados, o plasma não atinge o equilíbrio eletromagnético e, portanto, é um excelente condutor de eletricidade. As estrelas são esferas incadescentes de plasma.

Recomendamos que você leia: "Os 12 lugares mais quentes do Universo"

Os fundamentos da teoria cinética da matéria

Uma vez que tenhamos revisto os diferentes estados da matéria (com uma estranha surpresa), podemos lançar as bases da teoria que nos preocupa hoje nas seguintes afirmações:

A matéria é composta por partículas (moléculas e, por sua vez, átomos) invisíveis ao olho humano em movimento contínuo e entre elas existe um espaço vazio.
A energia cinética das partículas de um objeto aumenta com o aumento da temperatura.
As partículas colidem umas com as outras e com outras superfícies elasticamente à medida que se movem em todas as direções.

Claro, essas leis são muito mais aplicável no mundo dos gasese, por esse motivo, a teoria cinética da matéria costuma estar associada diretamente ao estado gasoso. Em um meio sólido, as moléculas são unidas por forças que as mantêm a distâncias relativamente pequenas, de modo que seu movimento é limitado à vibração, sem serem capazes de se mover.

É hora de pisar no freio, pois introduzimos um termo que muitas vezes é dado como certo na maioria das aulas desta natureza, mas que obviamente requer uma menção especial. O que realmente é energia cinética?

Definido classicamente como o trabalho necessário para acelerar um corpo de determinada massa do repouso até a velocidade indicada, podemos dizer de forma resumida que a energia cinética é, vale a pena redundância, a energia que um corpo possui devido ao seu movimento. Teoricamente, um objeto que está em repouso terá um coeficiente de energia cinética igual a 0. Mas as partículas nunca estão paradas. Só o são, teoricamente, à temperatura zero absoluto (-273'15 ° C) e é fisicamente impossível atingir este frio.

Podemos pensar que um sólido não tem energia cinética porque suas partículas estão intimamente unidas, mas não é inteiramente assim. Por exemplo, quando um objeto sólido rígido gira em torno de um eixo que passa pelo seu centro de massa, as partículas que o compõem escrevem um movimento circular em torno do referido eixo, com uma velocidade linear diferente dependendo da distância da partícula ao eixo. Assim, existem dois tipos de energia cinética: rotacional e translacional. A matéria sempre tem energia cinética independentemente de seu status. Os sólidos têm uma energia baixa e os gases têm uma energia alta, mas sempre há energia porque sempre há movimento de partículas.

Cinética e gases

Novamente, é necessário enfatizar que a teoria cinética da matéria assume especial interesse no meio gasoso, uma vez que as forças de coesão impedem que as partículas de objetos sólidos e líquidos se movam livremente através do meio.

Por exemplo, quando a temperatura aumenta de um corpo sólido, o movimento das partículas aumenta (mas apenas o vibratório, uma vez que não podem se mover livremente no espaço), podendo-se observar uma dilatação das mesmas. Quando bastante calor é aplicado, as forças de coesão diminuem, o que torna impossível que as moléculas permaneçam fixas e causa a transformação do sistema material em líquido.

Por outro lado, os líquidos apresentam maior plasticidade de movimento desordenado, assim, quando lhes é aplicado calor suficiente (ponto de ebulição), as moléculas que os compõem conseguem quebrar a tensão superficial e "escapar", o que dá origem ao estado gasoso.

Assim pois, o grau de movimento das partículas de um material é o que distingue, pelo menos do ponto de vista macroscópico, um sólido, um gás ou um líquido. Esta teoria cinética de gases que os caracteriza como uma série de partículas que se movem livremente tem historicamente permitido aos cientistas descrever certas propriedades neste estado:

Os gases ocupam todo o volume disponível e não possuem forma fixa.
Eles podem ser comprimidos com muito mais facilidade do que objetos sólidos e líquidos.
O volume, a uma dada pressão, ocupado por um gás é diretamente proporcional à sua temperatura.
A pressão exercida por um gás em um determinado volume é diretamente proporcional à sua temperatura.
Pressão e volume são inversamente proporcionais.

Resumindo toda essa terminologia conglomerada, podemos dizer que as partículas que compõem os gases, sendo praticamente independentes (forças de ligação muito fracas), movem-se continuamente e em desordem. Quanto mais temperatura for aplicada a este sistema muito frouxo, mais rápido as partículas se moverão e mais elas irão colidir umas com as outras e com a superfície que as contém. vai aumentar a pressão.

Resumo

Como vimos nestas linhas, a teoria cinética da matéria vai muito além do que se poderia esperar a princípio. Para compreendê-lo, tivemos que definir os quatro estados da matéria, lançar suas bases e aplicá-lo ao terreno que é mais útil: o comportamento dos gases.

Todo esse tipo de conhecimento pode nos parecer óbvio em uma sociedade moderna onde as bases da física e da química já foram lançadas, mas é claro que, para os cientistas do século 19, a descoberta desse tipo de postulação foi um marco. No entanto, lembrar essas leis que aprendemos no passado distante não é uma questão anedótica: revisar o conhecimento do passado reduz as chances de erros futuros.