La teoría cinética es una teoría científica sobre la naturaleza de los gases. La teoría tiene muchos nombres, incluida la teoría cinética de los gases, la teoría cinético-molecular, la teoría de la colisión y la teoría cinético-molecular de los gases. Explica las propiedades observables y medibles, también llamadas macroscópicas, de los gases en términos de su composición y actividad molecular. Mientras que Isaac Newton teorizó que la presión de un gas se debe a la repulsión estática entre moléculas, la teoría cinética sostiene que la presión es el resultado de colisiones entre moléculas.
La teoría cinética hace una serie de suposiciones sobre los gases. Primero, un gas está hecho de partículas muy pequeñas, cada una con una masa distinta de cero, que se mueven constantemente de manera aleatoria. El número de moléculas en una muestra de gas debe ser lo suficientemente grande para realizar una comparación estadística.
La teoría cinética asume que las moléculas de gas son perfectamente esféricas y elásticas, y que sus colisiones con las paredes de su contenedor también son elásticas, lo que significa que no producen ningún cambio en la velocidad. El volumen total de moléculas de gas es insignificante en comparación con el volumen total de su contenedor, lo que significa que hay un amplio espacio entre las moléculas. Además, el tiempo durante la colisión de una molécula de gas con la pared del recipiente es insignificante en relación con el tiempo entre las colisiones con otras moléculas. La teoría se basa además en la suposición de que cualquier efecto relativista o mecánico cuántico es insignificante, y que cualquier efecto de las partículas de gas entre sí es insignificante, con la excepción de la fuerza ejercida por las colisiones. La temperatura es el único factor que afecta la energía cinética promedio, o energía debida al movimiento, de las partículas de gas.
Estos supuestos deben mantenerse para que funcionen las ecuaciones de la teoría cinética. Un gas que cumple todos estos supuestos es una entidad teórica simplificada conocida como gas ideal. Los gases reales generalmente se comportan de manera similar a los gases ideales para que las ecuaciones cinéticas sean útiles, pero el modelo no es perfectamente exacto.
La teoría cinética define la presión como la fuerza ejercida por las moléculas de gas cuando chocan con la pared del recipiente. La presión se calcula como la fuerza por área o P = F / A. La fuerza es el producto del número de moléculas de gas, N, la masa de cada molécula, my el cuadrado de su velocidad promedio, v2rms, todo dividido por tres veces la longitud del recipiente, 3l. Por lo tanto, tenemos la siguiente ecuación para la fuerza: F = Nmv2rms / 3l. La abreviatura, rms, significa raíz cuadrada media, un promedio de la velocidad de todas las partículas.
La ecuación para la presión es P = Nmv2rms / 3Al. Dado que el área multiplicada por la longitud es igual al volumen, V, esta ecuación se puede simplificar como P = Nmv2rms / 3V. El producto de la presión y el volumen, PV, es igual a dos tercios de la energía cinética total, o K, lo que permite la derivación de propiedades macroscópicas a partir de una microscópica.
Una parte importante de la teoría cinética es que la energía cinética varía en proporción directa a la temperatura absoluta de un gas. La energía cinética es igual al producto de la temperatura absoluta, T, y la constante de Boltzman, kB, multiplicada por 3/2; K = 3TkB / 2. Por lo tanto, siempre que aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética y ningún otro factor tiene efecto sobre la energía cinética.