La théorie cinétique des gaz

Révision des trois phases de la matière

Phases

Caractéristiques

Illustration

Solides

  1. Forme définie
  2. Incompressible (volume défini)
  3. Fortes liaisons intermoléculaires ne permettant que de faibles mouvements de vibration

Liquides

  1. Forme indéfinie
  2. Incompressible (volume défini)
  3. Faibles liaisons intermoléculaires permettant des mouvements de vibration, peu de mouvements de rotation et très peu de mouvements de translation

Animation sur l'état solide et l'état liquide :

Gaz

  1. Forme indéfinie
  2. Compressible (volume indéfini)
  3. Aucune liaison intermoléculaire permettant de grands mouvements de vibration, de rotation et de translation

Illustrations modifiées à des fins esthétiques


Définition

La théorie cinétique des gaz permet d'expliquer le comportement des gaz. Elle repose sur le mouvement des particules gazeuses.

Les quatre postulats de la théorie cinétique des gaz

1. La distance séparant les particules d'un gaz est très grande par rapport à leur taille. 

C'est ce qui explique la compressibilité des gaz. L'espace occupé par un gaz est principalement composé de vide. En comprimant le gaz, nous rapprochons les particules de gaz les unes des autres.

2. Les particules gazeuses effectuent constamment des déplacements en ligne droite et dans toutes les directions.

C'est ce postulat qui explique le phénomène de diffusion. Comme les particules se déplacent de façon aléatoire dans toutes les directions, les particules tendant à se répandre uniformément dans l'espace.

Diffusion


Au début de la vidéo, il y a du diazote d'un côté et du dioxygène de l'autre côté. Comme les particules se déplacent en ligne droite dans toutes les directions, elles se mélangent graduellement pour, à la fin, occuper  tout l'espace uniformément.

Il s'agit du phénomène de diffusion. Lorsqu'on libère un gaz, celui-ci se répand dans toutes les directions jusqu'à occuper uniformément tout l'espace disponible.

C'est grâce à se phénomène que l'on peut apprécier, après un certain temps, l'odeur d'une tarte fraîchement sortit du four dans toute la maison.

3. L'énergie cinétique moyenne du gaz est proportionnelle à sa température.

L’énergie cinétique (EK) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement elle est égale à la moitié de la masse multipliée par le carré de la vitesse : EK = mv2 / 2

Donc, plus une particule bouge, que ce soit en translation, en rotation ou en vibration, plus elle a de l'énergie cinétique. La température est la manifestation de l'énergie cinétique moyenne des particules. Voici un animation illustrant ce qui se passe au niveau microscopique dans un gaz pour deux températures différentes (il est suggéré de regarder les deux animations simultanément) :

Gaz froid

Gaz chaud

4. Les fréquentent collisions entre les particules sont élastiques.

Une collision élastique est une collision qui ne génère aucune perte d'énergie. Autrement dit, l'énergie cinétique combinée des deux particules avant la collision est la même que celle après la collision. Ainsi, les particules du gaz s'entrechoquent continuellement, mais l'énergie cinétique moyen du gaz ne diminue pas pour autant.
Voir aussi