La teoría cinética molecular de la materia explica cómo la materia puede cambiar entre las fases de sólido, líquido y gas. Ofrece una descripción de las propiedades microscópicas de los átomos (o moléculas) y sus interacciones, lo que conduce a propiedades macroscópicas observables (como presión, volumen, temperatura). Una aplicación de la teoría es que ayuda a explicar por qué la materia existe en diferentes fases (sólido, líquido y gaseoso) y cómo la materia puede cambiar de una fase a la siguiente, por lo que a través de este artículo analizamos las propiedades de gases, líquidos y sólidos utilizando el modelo cinético-molecular.
Como todos sabemos, la materia se puede encontrar en tres estados diferentes, así tenemos los gases, los sólidos y los líquidos. Los estados de la materia y las propiedades que esta tiene dependiendo del estado en el que se encuentre se pueden explicar utilizando la teoría cinética, también llamado modelo cinético-molecular.
Según esta teoría, toda la materia está formada por partículas de diminuto tamaño, llamadas moléculas o átomos. Estas moléculas nunca están quietas del todo, sino que se encuentran en continuo movimiento, y se atraen entre ellas por fuerzas, denominadas fuerzas de cohesión. Según sean estas fuerzas más o menos fuertes, y atendiendo al grado de movimiento que haya de las partículas, aparecen los tres estados de la materia que explicaremos a continuación.
El estado gaseoso
Vamos a estudiar las propiedades de los gases haciendo uso de la teoría cinética. El modelo cinético-molecular aplicado a los gases dice:
- Los gases están formados por partículas muy pequeñas, que se encuentran separadas unas de otras y que se mueven constantemente chocando entre sí y con las paredes del recipiente que los contiene de forma elástica, es decir, cuando el choque se produce cambia la dirección que tenía la partícula pero no pierde velocidad ni gana, es decir, el valor de la velocidad se mantiene constante.
- Además, los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene.
- Los gases ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. Esta presión se debe a los choques de las partículas del gas con las paredes. Así, podríamos decir que los gases dan forma. Por ejemplo, nuestra cavidad bucal tiene una forma, de no ser por el aire que hay en su interior esa parte de mofletes estaría como impregnada o aspirada hacia dentro.
- La teoría cinética para los gases enuncia que la temperatura de un gas es más alta cuando las partículas se mueven con mayor rapidez. Y en caso contrario, si las partículas del gas se mueven más despacio, la temperatura disminuye.
- Entre las partículas que conforman el gas las fuerzas tienen poca intensidad, de ahí que se muevan con total libertad.
- Los gases se pueden comprimir muy fácilmente, ya que podemos hacer que sus partículas estén mucho más próximas y, por lo tanto, que ocupen un volumen menor. Del mismo modo que su compresión es sencilla, también se pueden expandir sin dificultad. Estos dos fenómenos se deben a que las partículas que forman los gases están aisladas y tienen más libertad para moverse.
El estado líquido
- Los líquidos se expanden y se comprimen con dificultad, esto se debe a que tienen un volumen constante, pero la forma puede variar. Cuando la materia se encuentra en estado líquido, la unión entre las partículas es más débil, así estas pueden deslizarse unas sobre otras (cambiando la forma y adaptándose al recipiente que las contiene). Por esto, aunque el volumen se mantiene constante, su estructura no es rígida, y su forma se adapta a la del recipiente que los contiene.
- Las partículas de un líquido están más separadas que las de un sólido. Por este motivo, aunque poco, se pueden comprimir.
- La densidad que tienen los líquidos es menor que la de los sólidos porque las partículas están menos agrupadas, y por lo tanto ocupan un volumen mayor.
- Cuando aumenta la temperatura, generalmente los líquidos tienen como característica el dilatarse más que los sólidos.
- Las partículas en un líquido tienen un mayor movimiento de vibración que en un sólido.
- La materia que se encuentra en estado líquido tiene algo llamado tensión superficial, esto se debe a que las moléculas que se encuentran en la superficie tienen una gran fuerza de cohesión, y por lo tanto producen una alta atracción.
- Por causa de la tensión superficial, los líquidos tienden a ocupar la menor superficie posible.
El estado sólido
- Los sólidos no se pueden expandir ni se pueden comprimir, y tienen forma y volumen constantes. Esto se debe a que cuando la materia se encuentra en estado sólido, las partículas que la forman están muy fuertemente unidas formando una estructura rígida.
- La elevada fuerza de cohesión que hay entre las partículas que forman los sólidos solo les permiten un pequeño grado de movimiento. A pesar de esto, las partículas adquieren un movimiento de vibración y no es perceptible a la visión humana. De hecho, por eso a simple vista nos puede parecer que las partículas que forman los sólidos están totalmente inmóviles, pero lo cierto es que se encuentran en movimiento constante (en vibración).
- La materia en estado sólido también puede dilatarse y contraerse, aunque no sea perceptible para nuestros sentidos. Cuando la vibración aumenta, el sólido se dilata. Un ejemplo común sería el crujir de las paredes, esos sonidos que en ocasiones se escuchan procedentes de las paredes, cuando hace frío o calor. Esto se debe a que la pared se está dilatando o contrayendo, y al no ser elástico produce el sonido que escuchamos.
- La teoría cinética también explica la mayor densidad de los sólidos, pues las partículas se encuentran muy próximas y ocupan poco volumen. Aunque cuando la temperatura aumenta, este volumen también aumenta ligeramente (a esto lo llamamos dilatación, como hemos explicado en el ejemplo anterior).
- Al estar tan separadas (por tender a ocupar todo el espacio del que disponen), las interacciones entre sus partículas se consideran escasas, prácticamente nulas o inexistentes.
Diferencias entre sólidos, líquidos y gases
Como conclusión de lo anterior, podemos decir que todas las diferencias existentes entre sólidos, líquidos y gases se pueden explicar utilizando algo tan simple y fácil como el modelo cinético-molecular.
Lo que origina las diferencias entre los distintos estados de la materia son los grados de movimiento que tienen las partículas que la forman:
En los sólidos las partículas están fuertemente unidas y apenas pueden moverse, solo pueden vibrar, y por ello tienen una estructura rígida. Las partículas de los líquidos pueden deslizarse unas sobre otras, ya que no están unidas tan fuertemente como la de los sólidos, pudiendo así adoptar la forma del recipiente que los contiene. Asimismo, las partículas de los gases están completamente separadas y tienen un movimiento libre, ya que apenas existen fuerzas entre ellas, ocupando así todo el espacio del que disponen.
