5.7 : Teoria Cinética Molecular e as Leis dos Gases

O teste da teoria cinética molecular (KMT) e os seus postulados são a sua capacidade de explicar e descrever o comportamento de um gás. As várias leis de gases (leis de Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro, e Dalton) podem ser derivadas dos pressupostos da KMT, que levaram os químicos a acreditar que os pressupostos da teoria representam com precisão as propriedades das moléculas de gás.

A Teoria Cinética Molecular Explica o Comportamento dos Gases

Recordando que a pressão do gás é exercida por moléculas de gás que se movem rapidamente e depende diretamente do número de moléculas que atingem uma área unitária da parede por unidade de tempo, a KMT explica conceptualmente o comportamento de um gás da seguinte forma:

• Lei de Gay-Lussac: Se a temperatura aumentar, a velocidade média e a energia cinética das moléculas de gás aumentam. Se o volume for mantido constante, o aumento da velocidade das moléculas de gás resulta em colisões mais frequentes e mais fortes com as paredes do recipiente, aumentando assim a pressão. Isto também é denominado de lei de Amontons.
• Lei de Charles: Se a temperatura de um gás for aumentada, a pressão constante só poderá ser mantida se o volume ocupado pelo gás aumentar. Isto resultará em distâncias médias maiores percorridas pelas moléculas para alcançar as paredes do recipiente, bem como uma maior área da superfície da parede. Estas condições irão diminuir tanto a frequência de colisões de moléculas com a parede como o número de colisões por área de unidade, cujos efeitos combinados equilibram o efeito de forças de colisão aumentadas devido à maior energia cinética a uma temperatura mais elevada.
• A lei de Boyle: Se o volume de gás for reduzido, a área da parede do recipiente diminui e a frequência de colisões de moléculas com a parede aumenta, ambos aumentando a pressão exercida pelo gás.
• Lei de Avogadro: A uma pressão e temperatura constantes, a frequência e força das colisões das moléculas com a parede são constantes. Nessas condições, aumentar o número de moléculas gasosas exigirá um aumento proporcional do volume do recipiente, de modo a produzir uma diminuição no número de colisões por área de unidade para compensar o aumento da frequência de colisões.
• A lei de Dalton: Devido às grandes distâncias entre elas, as moléculas de um gás em uma mistura bombardeiam as paredes do recipiente com a mesma frequência, quer estejam presentes outros gases ou não, e a pressão total de uma mistura de gases equivale à soma das pressões (parciais) dos gases individuais.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 9.5: The Kinetic-Molecular Theory.