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Gli stati di aggregazione della materia

La teoria cinetica

La teoria cinetica, elaborata verso la metà dell'800 dai fisici C. Maxwell (1831-1879), L. Boltzmann (1844-1906), R. Clausius (1822-1888) e altri, interpreta le leggi sul comportamento dei gas formulate sulla base di osservazioni sperimentali.

Essa parte dal presupposto che il comportamento dei sistemi gassosi, formati da particelle in continuo movimento, poteva essere spiegato applicando alle particelle le leggi del moto della meccanica classica. Ma, poiché il numero delle particelle che formano una massa anche molto piccola di gas è enorme, era impossibile descrivere le caratteristiche di comportamento di ognuna di esse. Si doveva quindi ricorrere a un metodo statistico per descrivere i risultati, che andavano espressi come valori medi: velocità media (), energia cinetica media () ecc. (questi valori medi corrispondono ai valori più probabili tra una gamma di valori possibili).

Secondo la teoria cinetica il prodotto PV della pressione per il volume è proporzionale all'energia cinetica media delle particelle. Poiché PV è proporzionale alla temperatura assoluta T (PV = RT) ne risulta che la temperatura assoluta è direttamente proporzionale all'energia cinetica media delle particelle. Ciò vuol dire che all'aumentare della temperatura aumenta la velocità media delle particelle, dato che la massa m non può cambiare.

Le leggi dei gas in base alla teoria cinetica

Legge di Boyle. A temperatura costante, l’energia cinetica media è costante: se il volume aumenta le particelle si diradano, il numero di urti nell’unità di tempo sull’unità di superficie del recipiente diminuisce, cioè diminuisce la pressione. Viceversa se aumenta la pressione, aumenta il numero di urti nell’unità di tempo sull’unità di superficie, cioè diminuisce il volume.

Legge di Charles. A pressione costante, l’aumento della temperatura determina un aumento dell’energia cinetica media: perché rimanga costante il numero di urti sull’unità di superficie e nell’unità di tempo, deve aumentare il volume.

Seconda legge di Gay-Lussac. A volume costante, un aumento di temperatura determina un aumento dell’energia cinetica media delle particelle e quindi un aumento della forza e del numero dei loro urti sull’unità di superficie e nell’unità di tempo: quindi, la pressione del gas aumenta.

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