Se dice que todo el universo está formado de materia y que cuando esta cambia, se genera energía. Y como es normal, la naturaleza curiosa del ser humano nos ha llevado a preguntarnos en muchas ocasiones de que está formada toda esta materia. A lo largo de la historia se han ideado distintos modelos para explicar esto, siendo uno de ellos la teoría cinético molecular.
Según este modelo, la materia estaría constituido por una unidad fundamental que no es posible apreciarse con los sentidos, estoy hablando del átomo. A su vez, los átomos se agrupan para formar moléculas.
Por poner un ejemplo clásico, la molécula de agua está estructurada con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H2O). Pero la teoría cinética no solo postula esto, sino también porque existen los tres estados fundamentales de la materia: sólido, líquido y gaseoso.
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El origen de la teoría cinética
Hasta llegar a la formulación de este modelo, transcurrieron distintos hechos que permitieron que se diesen las bases para ofrecer esta teoría.
Para empezar, el concepto de átomo nació en la antigua Grecia, bajo la escuela atomista, cuyos discípulos difundieron la idea de que el átomo es la unidad indivisible que forma toda materia del universo. Demócrito fue uno de sus mayores exponentes, pero sus propuestas chocaban directamente con las ideas de Aristóteles, las cuales dominaban la época, por lo que pasaron desapercibidas.
No fue hasta principios del Siglo XIX cuando la idea del átomo reapareció en el ámbito de la ciencia, cuando John Dalton postuló la teoría atómica, indicando que toda sustancia está configurada por átomos.
Previamente a ello, Daniel Bernoulli en 1738 argumentó que los gases estaban formados por moléculas que chocan entre sí y con las superficies, generando la presión que se siente. Tras la aparición de la teoría atómica, ahora se reconoce que esas moléculas están configuradas por átomos.
La teoría cinética molecular nace de un conjunto de estudios que se realizaron principalmente en gases, y cuya conclusión final fue similar. Algunos de los trabajos destacables son los realizados por Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell.
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El argumento
Esta teoría cinético molecular postula que la materia está formada por un conjunto de partículas que se conocen como átomos o por moléculas de estos mismos, que se encuentran en constante en movimiento. Como no paran de desplazarse, tarde o temprano se chocan con otro átomo o contra una superficie.
Esta colisión se realiza de forma cinética, en otras palabras, se transfiere la energía sin pérdidas, por lo que el átomo al chocar sale despedido en la otra dirección a la misma velocidad, sin parar el movimiento. La energía cinética que se genera en la colisión se traduce en la presión que se siente.
Diferencia entre los estados de la materia
Aunque la teoría cinético molecular nació a partir del estudio del estado gaseoso, ya que habían muchos estudios sobre ello que permitieron redactar las ideas, también sirve para explicar la constitución de los líquidos y los sólidos. Es más, ofrece una manera de ver diferencias entre los distintos estados de la materia.
El punto clave reside en el grado de movimiento de los átomos. La materia está formada por un conjunto de partículas que están en constante movimiento; en un gas, los átomos se encuentran libres y se desplazan de forma lineal por todo el espacio disponible, demostrando la característica de los gases de ocupar siempre todo el espacio que disponen.
En el caso de los líquidos, la distancia entre los átomos no es tan grande, sino se encuentran más juntos, aunque siguen moviéndose con menor velocidad. Esto explica que un líquido ocupe un volumen fijo, pero puede expandirse sobre una superficie.
Por último, en el estado sólido los átomos se encuentran muy próximos, sin un movimiento libre aunque vibran en el sitio. Por ello, los sólidos ocupan un espacio concreto y no varían en el tiempo el volumen.
Según la teoría cinético molecular, la fuerza que une a los átomos entre sí se conoce como fuerza de cohesión. Su nombre es dado porque los sólidos que tienen mayor presencia estas uniones, es decir, está más cohesionado que un líquido o un gas.
La importancia de este modelo
Lo interesante de esta teoría es cómo relaciona la existencia del átomo con propiedades físicas medibles, como la presión o la temperatura. Además, tiene una correlación con las fórmulas matemáticas de las leyes de los gases ideales.
No entraré en mucho detalles sobre esto, pero por ejemplo, concuerda con las formulas que indican que a mayor temperatura, los átomos presentan una mayor velocidad. Es fácil de entender, para que un hielo pase a líquido y luego a vapor se necesita aplicar calor. Al subir la temperatura, las moléculas de H2O ganan velocidad y rompen las fuerzas de cohesión, cambiando el estado de la materia.
