Gas ideal: una descripción microscópica

Desde el punto de vista microscópico, definimos a un gas ideal haciendo las siguientes suposiciones, con lo que nuestra tarea sera la de aplicar las leyes de la mecánica clásica, estadisticamente, a los atomos del gas y demostrar que nuestra definición microscópica es consecuente co la definición macroscópica de la sección procedente:

1.- Un gas esta formado por particulas llamadas moleculas. Dependiendo del gas, cada molecula esta formada por un atomo o un grupo de atomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moleculas son identicas.

2.- Las moleculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y oobedecen las leyes de Newton del movimiento. Las moleculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscopico. Como para todas nuestras suposisiones, esta mantendra o desechara, dependiendo de si los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son corectas.

3.- El numero total de moleculas es grande. La dirección y la repidez del movimiento de cualquiera de las moleculas puede cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moleculas. Cualquiera de las moleculas en particular, seguira una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moleculas, suponemos que el gran numero de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aeleatorio,

4.- El volumen de las moleculas es una fracción despresiablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moleculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el liquido puede ser miles de veces menor que la del gas se condensa, el volumen ocupado por el liquido puede ser miles de veces menor que el del gas. De aqui que nuestra suposición es posible.

5.- No actuan fuerzas apresiables sobre las moleculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molecula se movera con velocidad uniformeentre los choques. Como hemos supuesto que las moléculas son tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquique suponemos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamaño molecular.

6.- Los choques son elasticos y de duración despresiable. En las choques entre las moleculas con las paredes del recipiente se conserva el impetu y (suponemos)la energia cenetica. Devido a que el tiempo de choque es despresiable comparado con el tiempo que transcurreentre los choque de moleculas, la energia cinetica que se convierte en nergia potencial durante el choque, queda disponible denuevo como energia cinetica, despues de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

Leyes de los gases:

Toda las masas gaseosas  experimentan variaciones de presión, volumen y temperatura que se rigen por las siguientes leyes:

primera ley (Boyle-Mariotte)

            Los volumenes ocupados por una misma masa gaseosa conservandose su temperatura constante, son inversamente proporcionales a la presión que soporta.

Segunda ley (Gay-Lussac).

            Cuando se calienta un gas, el volumen aumenta 1/273 parte de su valor primitivo, siempre que la presión no varie. Temperatura y volumen son directamente proporcioneles.

            Tercera ley (Charles)

La presión ejercida por una masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta, siempre que el volumen sea constante.

Ecuación general del estado gaseoso.

En una masa gaseosa los volumenes y las presiones son directamente proporcioneles a sus temperaturas absolutas e inversamente proporcionales entre sí.