¿Puede la Teoría Cinética obtener el comportamiento de los fluidos?

Mi entendimiento es que no puede. Pero al presentarlo aquí recibí comentarios que contradicen esto. Entonces, como se sugirió, hago la pregunta para poder recibir enfoques concretos sobre este punto de otros usuarios.

Si bien he pensado en ello e investigado hasta cierto punto, reconozco que, de ninguna manera, soy un experto en esto. Entonces presentaré mi línea de razonamiento y argumentos, y la pregunta aquí es la del título.

Mi visión de la teoría cinética de la materia es que visualiza el comportamiento macroscópico de sistemas con un número suficientemente grande$N$de constituyentes, como resultado de la dinámica microscópica. Es decir, conocer las interacciones entre los$N$partículas hasta cierto punto, puede obtener características macroscópicas del gran sistema.

Esta teoría es capaz de explicar completamente el comportamiento macroscópico del gas ideal, es decir, gases reales en gran parte de su espacio de fases. Hace un trabajo excelente para el caso del equilibrio termodinámico, pero también se usa para describir la difusión macroscópica de alguna magnitud en gases, y es la elección cuando se describe la difusión a nivel molecular.

Pero cuando hablamos de líquidos, hay algunos problemas y aquí solo me refiero a un sistema en equilibrio termodinámico.

Podemos imaginar un líquido hecho de las mismas moléculas del gas correspondiente, interactuando con los mismos potenciales, pero están más cerca y, por lo tanto, tienen un movimiento más restringido porque ahora pasan más tiempo cerca unas de otras que en el gas.

Aquí está el primer problema con esa imagen: si fuera correcta, nunca observaríamos una fase gaseosa y una líquida tan diferentes como son. El gas se convertiría lentamente en líquido a medida que se le quitara energía: la compresibilidad, la densidad, etc. cambiarían continuamente. Pero sabemos que esto no es cierto, porque tenemos discontinuidades en estas magnitudes en las transiciones de fase.

Otro problema con esta imagen es la gran incompresibilidad de los líquidos, mientras que al mismo tiempo es tan maleable. Para dar una idea, el agua a temperatura ambiente tiene una compresibilidad de alrededor$450 MPa^{-1}$( enlace )! Esto significa que se necesita una presión de más de 4 veces la atmosférica para comprimirlo por$1\%$! Y un cálculo simple con el potencial de Lennard-Jones (usado a menudo en simulaciones de agua líquida) le dice que una distancia intermolecular decreciente en$1\%$desde la distancia de equilibrio ($r_m$) conduce a un aumento en el potencial son menos de$0.4\%$.

Entonces, esto significa que las partículas en el líquido reaccionan de forma exagerada en la escala macro con respecto a lo que esperaríamos si la distancia promedio escalara linealmente con la compresión de escala macroscópica. Pero parece que no hay linealidad en la escala al micromundo, y esto no se tiene en cuenta en KTM.

Además, un líquido mantiene su volumen a diferencia de cómo los gases llenan sus recipientes. Esta imagen es más consistente con un sistema microscópico donde el$N$las partículas se mueven libremente, como en el gas ideal, pero contenidas por algún pozo de potencial del tamaño del sistema macroscópico. Sin embargo, KTM lo describiría como partículas que interactúan con aquellas en algún rango, y no se ha demostrado cómo este tipo de interacciones podrían generar este tipo de pozo de gran potencial, aunque ciertamente parece ser el caso.

Además, cuando un gas y un líquido están en equilibrio termodinámico con un límite claro entre ellos, ¿cómo se puede explicar esto? Si las moléculas en el líquido están justo más cerca unas de otras, ya que ambas están a la misma temperatura, las energías cinéticas promedio deberían ser las mismas en ambas fases, entonces, ¿qué hace que algunas de ellas permanezcan a distancias de interacción mientras que las del gas, sin energías cinéticas más grandes, se mueven libremente? ¿Por qué vemos fenómenos como la saturación de vapor, donde dentro del mismo recipiente, el líquido y el gas están completamente equilibrados, mientras que en la imagen microscópica no hay nada que impida que las moléculas del líquido se expandan y todo el sistema se vuelva uno con una interpartícula promedio más grande que ¿Qué había en el líquido y más corto que lo que había en el gas?

Así que estas son mis principales preocupaciones con respecto a KTM aplicadas a líquidos, y creo que no están resueltas. Vi otras preguntas en este sitio como estas ( q1 , q2 , q3 ) y parece que no han recibido atención por parte de los conocedores de KTM, o no hay una respuesta válida para dar.

Apreciaré mucho que se demuestre que estoy equivocado, pero si no, significa que hay espacio para la teoría :). También los argumentos sobre mi caso que me perdí también son muy bienvenidos.