Qu'est-ce que la théorie cinétique moléculaire ?
La théorie cinétique moléculaire est un modèle qui tente d'expliquer ce qui se passe en termes de groupes d'atomes et de molécules qui entrent en collision les uns avec les autres et comment ces collisions modifient leurs niveaux d'énergie, ainsi que leurs propriétés physiques et chimiques. Les principaux points de la théorie cinétique moléculaire peuvent être résumés comme suit :
- L'énergie existe sous forme de particules microscopiques appelées molécules.
- Les molécules ont de l'énergie cinétique.
- L'énergie cinétique des molécules augmente avec la hausse de la température.
- Les particules gazeuses sont en mouvement constant, elles entrent en collision les unes avec les autres de manière continue.
- Quand les particules gazeuses entrent en collision, elles exercent des forces égales mais opposées l'une sur l'autre. Si la collision est parfaitement élastique, alors l'énergie cinétique totale du système reste exactement la même.
- L'énergie cinétique moyenne d'un groupe de molécules de gaz dépend de la température.
- Les atomes ou les groupes d'atomes ne peuvent absorber que des quantités spécifiques d'énergie qui sont liées à leurs structures individuelles.
- L'énergie absorbée ou libérée lors d'une collision peut affecter la vitesse des particules gazeuses.
L'énergie cinétique fait référence à la quantité totale d'énergie possédée par les molécules à une certaine température, sans inclure l'énergie potentielle ou gravitationnelle. L'énergie cinétique d'un objet dépend de sa masse et de sa vitesse. Cela signifie que s'il y a plus de molécules, elles auront plus d'énergie cinétique. Cela signifie également que si la température est plus élevée, les molécules se déplaceront plus rapidement et posséderont une plus grande énergie cinétique.
Qui a créé la théorie?
Au 19e siècle, deux grands esprits ont conduit l'humanité à comprendre l'énergie cinétique en chimie. James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann, en collaboration l'un avec l'autre, ont établi ce qui est maintenant connu sous le nom de thermochimie classique. Cette théorie est devenue une partie essentielle de la science moderne depuis sa création !
Quels sont les principaux types d'énergie cinétique ?
L'énergie cinétique est le type de puissance qui permet le mouvement. Il existe cinq formes majeures, notamment :
- Électrique
- Mécanique
- Rayonnante
- Sonore
- Thermique
Chaque forme a des caractéristiques différentes, mais elle est toutes créée par le mouvement cinétique - qui peut être n'importe quoi, que ce soit allumer une lumière, convertir l'énergie chimique en électricité ou cogner contre quelque chose d'autre pour faire du bruit.
Que se passe-t-il avec l'énergie cinétique lorsqu'un catalyseur est ajouté ?
Lorsque deux particules entrent en collision, celle qui se déplace plus rapidement possède une énergie cinétique plus élevée que celle qui se déplace plus lentement. Les solides (corps composés d'éléments cohésifs) ont la plus faible énergie cinétique, les liquides (liquides maintenus ensemble par la tension de surface) ont une énergie cinétique potentielle limitée, et les gaz (mouvement de volume sans condensation) sont les plus actifs.
Lorsqu'un catalyseur (tel que la chaleur) est ajouté à un système, il augmente généralement la vitesse des collisions entre les particules. Cette augmentation de l'énergie cinétique peut entraîner une réaction endothermique (absorption de chaleur) ou exothermique (libération de chaleur). Cependant, pour qu'une collision se produise en premier lieu, les particules doivent avoir une certaine énergie cinétique de départ. C'est ce qu'on appelle l'énergie d'activation.
Un bon exemple pour comprendre cette théorie est l'eau, qui peut exister dans les trois états de la matière : solide, liquide et gazeux. Lorsqu'un catalyseur est ajouté (comme un changement de température), il peut subir les changements de phases suivants :
gaz → liquide : condensation
gaz → solide : dépôt/re-sublimation
liquide → solide : solidification
liquide → gaz : ébullition
solide → gaz : sublimation
solide → liquide : fusion
Quels sont les deux facteurs qui influencent l'énergie cinétique ?
Masse et vitesse.
La quantité totale d'énergie possédée variera en fonction de la lourdeur des molécules et de leur vitesse. Une molécule plus lourde possède plus d'énergie cinétique potentielle qu'une molécule plus légère, et une molécule qui se déplace plus rapidement possédera une plus grande énergie cinétique qu'une molécule plus lente et moins massive.
Comment la cinétique chimique est-elle utilisée dans la vie réelle?
Dans un monde où tant de nos besoins les plus fondamentaux sont satisfaits par la technologie, il est facile de prendre pour acquis à quel point le corps humain est complexe et intriqué. On dit que sans les réactions chimiques du feu ou de la photosynthèse dans les plantes qui nous entourent, la vie telle que nous la connaissons n'existerait pas!
Le corps humain est l'un des meilleurs exemples de la façon dont l'énergie cinétique peut être utilisée efficacement dans un environnement où elle est la plus nécessaire! Lorsque vous consommez de la nourriture, votre corps la décompose en ses composés les plus basiques et peut ensuite soit libérer l'énergie pour le travail, soit la convertir en produits chimiques stockés (comme la graisse).