TEORÍA
CINÉTICA DE LA MATERIA
Durante
muchos años, la humanidad observo las enormes diferencias entre los estados de
agregación, e intento explicar la condensación y la vaporización, la
solidificación y la fusión, la solubilidad de las sustancias, las propiedades
de las disoluciones y los demás tipos de mezclas. Por lo que, a lo largo de la
historia del pensamiento humano se ha elaborado un modelo acerca de cómo está
constituida la materia, se conoce con el nombre de MODELO CINÉTICO MOLECULAR
El Modelo:
Desde la antigüedad griega muchos pensadores elucubraron
acerca de la composición de la materia. Diversas hipótesis se propusieron, sin
que, en general, tuvieran verdaderas bases científicas. Además, estas hipótesis
tampoco fueron aceptadas en general. De hecho, fue hasta principios del siglo
XIX que, con los trabajos de John Dalton (1766-1844), se empezaron a dar los
primeros pasos serios en el estudio de la estructura atómica de la materia. Posteriormente
también contribuyeron de manera muy importante científicos como Joseph L.
Gay-Lussac (1778-1850). Amedeo Avogadro (1776-1856) y Jöns Jacob Berzelius
(1779-1848). Hacia mediados del siglo pasado ya se tenía un cuerpo de teoría
adecuado, aunque incompleto, que implicaba que la materia estaba compuesta de
partículas microscópicas, llamadas átomos. Debemos mencionar que de ninguna
manera esta hipótesis fue aceptada en esa época por la mayoría de los
científicos activos. De hecho fueron relativamente pocos los que así lo
hicieron.
Hacia mediados del siglo XIX se enfrentaba la siguiente
situación: por un lado, se habían planteado las leyes de la termodinámica que,
como podemos recordar, se refieren a aspectos macroscópicos del comportamiento
de las sustancias; y, por el otro lado, se vislumbraba cada vez con mayor
claridad que la materia estaba compuesta de átomos. Surgió entonces la
necesidad de conciliar estos dos conocimientos. Dicho en otras palabras, se
planteaba la siguiente cuestión: era si la materia, en efecto, está compuesta
de partículas microscópicas, ¿qué consecuencias macroscópicas tiene el
comportamiento microscópico de una sustancia?
Esta pregunta ya se había
planteado desde el siglo XVII, entre otros por Robert Boyle (1627-1691). En el
siglo XVIII continuaron trabajando en ello Leonhard Euler (1707-1783) y Daniel
Bernoulli (1700-1782). Estos estudiosos obtuvieron algunas consecuencias a las
que, sin embargo, no se les prestó la debida atención ya que por un lado,
entonces no se aceptaba la hipótesis atómica y, por el otro, muchos de los
conceptos utilizados eran bastante oscuros. Fue en la primera mitad del siglo
XIX cuando se empezaron a dar los primeros pasos en firme. Varios trabajos de
J. Herapath presentados alrededor de 1820 y de J. J. Waterston alrededor de
1845 retomaron la cuestión. Sin embargo, fue hasta mediados de siglo en que
este tipo de teoría tuvo un feliz renacimiento. En efecto, entre 1850 y 1875
August Krönig (1822-1879), Rudolf Clausius, James C. Maxwell (1831-1879) y
Ludwig Boltzmann (1844-1906) desarrollaron las bases de la moderna teoría
cinética de la materia. Supusieron que las sustancias estaban compuestas de
átomos y a partir de su comportamiento microscópico obtuvieron como
consecuencia algunas propiedades macroscópicas. En particular, pudieron
fundamentar varios resultados que ya se conocían en termodinámica y explicar
diversos fenómenos. Calcularon, por ejemplo, propiedades tales como el calor
específico, la conductividad térmica y la viscosidad de gases poco densos y
todo ello en términos de propiedades de los átomos que los constituyen.
En 1905 Einstein aplicó la
teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña suspendida en
un fluido (Sec. 3.7). Las ecuaciones teóricas de Einstein fueron confirmadas
por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los
energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases
utiliza una descripción molecular para derivar las propiedades macroscópicas de
la materia, por lo que constituye una rama de la mecánica estadística.
Según éste modelo de materia, todo
lo que vemos está formado por unas partículas muy pequeñas, que son invisibles
aún a los mejores microscopios y que se llaman moléculas. Las moléculas están
en continuo movimiento y entre ellas existen fuerza atractivas, llamadas fuerzas
de cohesión. Las moléculas al estar en movimiento, se encuentran a una cierta
distancia unas de otras. Entre las moléculas hay espacio vacío
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