Gas

La temperatura de un gas ideal monoatmico es una medida re-lacionada con la energa cintica promedio de sus molculas almoverse. En esta animacin, la relacin del tamao de los to-mos de helio respecto a su separacin se conseguira bajo unapresin de 1950 atmsferas. Estos tomos a temperatura ambien-te tienen una cierta velocidad media (aqu reducida dos billonesde veces).

Se denomina gas (palabra inventada por el cientco a-menco Jan Baptista van Helmont en el siglo XVII, sobreel latn chaos) al estado de agregacin de la materia enel cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y pre-sin, sus molculas intereaccionan solo dbilmente entres, sin formar enlaces moleculares, adoptando la formay el volumen del recipiente que las contiene y tendien-do a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible porsu alta energa cintica. Los gases son uidos altamen-te compresibles, que experimentan grandes cambios dedensidad con la presin y la temperatura. Las molculasque constituyen un gas casi no son atradas unas por otras,por lo que se mueven en el vaco a gran velocidad y muyseparadas unas de otras, explicando as las propiedades:

Las molculas de un gas se encuentran prcticamen-te libres, de modo que son capaces de distribuirsepor todo el espacio en el cual son contenidos. Lasfuerzas gravitatorias y de atraccin entre las mol-culas son despreciables, en comparacin con la ve-locidad a que se mueven sus molculas.

Los gases ocupan completamente el volumen del re-cipiente que los contiene.

Los gases no tienen forma denida, adoptando la delos recipientes que las contiene.

Pueden comprimirse fcilmente, debido a que exis-ten enormes espacios vacos entre unas molculas yotras.

A temperatura y presin ambientales los gases pueden serelementos como el hidrgeno, el oxgeno, el nitrgeno,el cloro, el or y los gases nobles, compuestos como eldixido de carbono o el propano, o mezclas como el aire.Los vapores y el plasma comparten propiedades con losgases y pueden formar mezclas homogneas, por ejemplovapor de agua y aire, en conjunto son conocidos comocuerpos gaseosos, estado gaseoso o fase gaseosa.

1 HistoriaEn 1648, el qumico Jan Baptist van Helmont, considera-do el padre de la qumica neumtica, cre el vocablo gas(durante un tiempo se us tambin estado aeriforme), apartir del trmino griego kaos (desorden) para denir lascaractersticas del anhdrido carbnico. Esta denomina-cin se extendi luego a todos los cuerpos gaseosos, tam-bin llamados uidos elsticos, uidos compresibles o ai-res, y se utiliza para designar uno de los estados de lamateria.La principal caracterstica de los gases respecto de losslidos y los lquidos, es que no pueden verse ni tocar-se, pero tambin se encuentran compuestos de tomos ymolculas.La causa de la naturaleza del gas se encuentra en sus mo-lculas, muy separadas unas de otras y con movimientosaleatorios entre s. Al igual que ocurre con los otros dosestados de la materia, el gas tambin puede transformarse(en lquido) si se somete a temperaturas muy bajas. A es-te proceso se le denomina condensacin en el caso de losvapores y licuefaccin en el caso de los gases perfectos.La mayora de los gases necesitan temperaturas muy ba-jas para lograr condensarse. Por ejemplo, en el caso deloxgeno, la temperatura necesaria es de 183 C.Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados des-de nales del siglo XVII, cuando los cientcos empeza-ron a darse cuenta de que en las relaciones entre la pre-sin, el volumen y la temperatura de una muestra de gas,en un sistema cerrado, se podra obtener una frmula quesera vlida para todos los gases. stos se comportan deforma similar en una amplia variedad de condiciones, de-bido a la buena aproximacin que tienen las molculas

1

2 3 GASES REALES

que se encuentran ms separadas, y hoy en da la ecua-cin de estado para un gas ideal se deriva de la teoracintica. Ahora las leyes anteriores de los gases se consi-deran como casos especiales de la ecuacin del gas ideal,con una o ms de las variables mantenidas constantes.Empricamente, se observan una serie de relacionesproporcionales entre la temperatura, la presin y elvolumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, dedu-cida por primera vez por mile Clapeyron en 1834.

2 Leyes de los gasesExisten diversas leyes derivadas de modelos simplicadosde la realidad que relacionan la presin, el volumen y latemperatura de un gas.

2.1 Ley de Boyle-MariotteLa Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formuladapor Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyesde los gases que relaciona el volumen y la presin de unacierta cantidad de gas mantenida a temperatura constan-te. La ley dice que a una temperatura constante y parauna masa dada de un gas el volumen del gas varia de ma-nera inversamente proporcional a la presin absoluta delrecipiente:PV = k

2.2 Ley de CharlesA una presin dada, el volumen ocupado por una cier-ta cantidad de un gas es directamente proporcional a sutemperatura.Matemticamente la expresin sera:

V1T1= V2T2 o

V1V2= T1T2 .

en trminos generales:(V1 * T2) = (V2 * T1)

2.3 Ley de Gay-LussacLa presin de una cierta cantidad de gas, que se mantienea volumen constante, es directamente proporcional a latemperatura:

P1T1=P2T2

Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado,primero ha de enfriarse el volumen de gas deseado, hastauna temperatura caracterstica de cada gas, a n de poder

someterlo a la presin requerida para licuarlo sin que sesobrecaliente y eventualmente, explote.

2.4 Ley general de los gasesCombinando las tres leyes anteriores se obtiene:

PV

T= C

2.5 Ley de los gases idealesDe la ley general de los gases se obtiene la ley de los gasesideales. Su expresin matemtica es:

P V = n R Tsiendo P la presin, V el volumen, n el nmero de moles,R la constante universal de los gases ideales y T latemperatura en Kelvin. Tomando el volumen de un mola una atmsfera de presin y a 273 K, como 22,4 l seobtiene el valor de R= 0,082 atmlK1mol1

El valor de R depende de las unidades que se estn utili-zando:

R = 0,082 atmlK1mol1 si se trabaja con atms-feras y litros

R = 8,31451 JK1mol1 si se trabaja en SistemaInternacional de Unidades

R = 1,987 calK1mol1

R = 8,31451 1010 erg K1mol1

R = 8,317x103 (m)(Kpa)/(mol)(K) si se trabajacon metros cbicos y kilo pascales

De esta ley se deduce que un mol (6,022 x 10^23 to-mos o molculas) de gas ideal ocupa siempre un volumenigual a 22,4 litros a 0 C y 1 atmsfera. Vase tambinVolumen molar. Tambin se le llama la ecuacin de esta-do de los gases, ya que solo depende del estado actual enque se encuentre el gas.

3 Gases realesSi se quiere anar ms, o si se quiere medir el comporta-miento de algn gas que escapa al comportamiento ideal,habr que recurrir a las ecuaciones de los gases reales, queson variadas y ms complicadas cuanto ms precisas.Los gases reales no se expanden innitamente, sino quellegara un momento en el que no ocuparan ms volu-men. Esto se debe a que entre sus partculas, ya sean

4.1 Cambios de densidad 3

tomos como en los gases nobles o molculas como en el(O2) y la mayora de los gases, se establecen unas fuerzasbastante pequeas, debido a los cambios aleatorios de suscargas electrostticas, a las que se llama fuerzas de Vander Waals.El comportamiento de un gas suele concordar ms con elcomportamiento ideal cuanto ms sencilla sea su frmulaqumica y cuanto menor sea su reactividad ( tendencia aformar enlaces). As, por ejemplo, los gases nobles al sermolculas monoatmicas y tener muy baja reactividad,sobre todo el helio, tendrn un comportamiento bastan-te cercano al ideal. Les seguirn los gases diatmicos, enparticular el ms liviano hidrgeno. Menos ideales sernlos triatmicos, como el dixido de carbono; el caso delvapor de agua an es peor, ya que la molcula al ser polartiende a establecer puentes de hidrgeno, lo que an re-duce ms la idealidad. Dentro de los gases orgnicos, elque tendr un comportamiento ms ideal ser el metano,perdiendo idealidad a medida que se engrosa la cadena decarbono. As, el butano es de esperar que tenga un com-portamiento ya bastante alejado de la idealidad. Esto es,porque cuanto ms grande es la partcula constituyentedel gas, mayor es la probabilidad de colisin e interaccinentre ellas, factor que hace disminuir la idealidad. Algu-nos de estos gases se pueden aproximar bastante bien me-diante las ecuaciones ideales, mientras que en otros casoshar falta recurrir a ecuaciones reales muchas veces de-ducidas empricamente a partir del ajuste de parmetros.Tambin se pierde la idealidad en condiciones extremas,como altas presiones o bajas temperaturas. Por otra par-te, la concordancia con la idealidad puede aumentar sitrabajamos a bajas presiones o altas temperaturas. Tam-bin por su estabilidad qumica.

4 Comportamiento de los gasesPara el comportamiento trmico de partculas de la mate-ria existen cuatro cantidades medibles que son de gran in-ters: presin, volumen, temperatura ymasa de lamuestradel material (o mejor an cantidad de sustancia, medidaen moles).Cualquier gas se considera como un uido, porque tienelas propiedades que le permiten comportarse como tal.Sus molculas, en continuo movimiento, colisionanelsticamente entre s y contra las paredes del recipien-te que contiene al gas, contra las que ejercen una presinpermanente. Si el gas se calienta, esta energa calorcase invierte en energa cintica de las molculas, es de-cir, las molculas se mueven con mayor velocidad, por loque el nmero de choques contra las paredes del recipien-te aumenta en nmero y energa. Como consecuencia lapresin del gas aumenta, y si las paredes del recipiente noson rgidas, el volumen del gas aumenta.Un gas tiende a ser activo qumicamente debido a que susupercie molecular es tambin grande, es decir, al es-

tar sus partculas en continuo movimiento chocando unascon otras, esto hacems fcil el contacto entre una sustan-cia y otra, aumentando la velocidad de reaccin en com-paracin con los lquidos o los slidos.Para entender mejor el comportamiento de un gas, siem-pre se realizan estudios con respecto al gas ideal, aunqueste en realidad nunca existe y las propiedades de steson:

Una sustancia gaseosa pura est constituida por mo-lculas de igual tamao y masa. Una mezcla de sus-tancias gaseosas est formada por molculas dife-rentes en tamao y masa.

Debido a la gran distancia entre unas molculas yotras y a que se mueven a gran velocidad, las fuer-zas de atraccin entre las molculas se considerandespreciables.

El tamao de las molculas del gas es muy pequeo,por lo que el volumen que ocupan las molculas esdespreciable en comparacin con el volumen totaldel recipiente. La densidad de un gas es muy baja.

Las molculas de un gas se encuentran en constan-te movimiento a gran velocidad, por lo que chocanelsticamente de forma continua entre s y contra lasparedes del recipiente que las contiene.

Para explicar el comportamiento de los gases, las nuevasteoras utilizan tanto la estadstica como la teora cunti-ca, adems de experimentar con gases de diferentes pro-piedades o propiedades lmite, como el UF6, que es el gasms pesado conocido.Un gas no tiene forma ni volumen jo; se caracteriza porla casi nula cohesin y la gran energa cintica de sus mo-lculas, las cuales se mueven.

4.1 Cambios de densidad

El efecto de la temperatura y la presin en los slidosy lquidos es muy pequeo, por lo que tpicamente lacompresibilidad de un lquido o slido es de 106 bar1(1 bar=0,1 MPa) y el coeciente de dilatacin trmica esde 105 K1.Por otro lado, la densidad de los gases es fuertementeafectada por la presin y la temperatura. La ley de losgases ideales describe matemticamente la relacin entreestas tres magnitudes:

= pMRT

donde R es la constante universal de los gases idea-les, p es la presin del gas, M su masa molar y T latemperatura absoluta.

4 6 ENLACES EXTERNOS

Eso signica que un gas ideal a 300 K (27 C) y 1 atm du-plicar su densidad si se aumenta la presin a 2 atm man-teniendo la temperatura constante o, alternativamente, sereduce su temperatura a 150 K manteniendo la presinconstante.

4.2 Presin de un gasEn el marco de la teora cintica, la presin de un gases explicada como el resultado macroscpico de las fuer-zas implicadas por las colisiones de las molculas del gascon las paredes del contenedor. La presin puede de-nirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedadesmicroscpicas del gas.En efecto, para un gas ideal con N molculas, cada unade masam y movindose con una velocidad aleatoria pro-medio v contenido en un volumen cbico V, las part-culas del gas impactan con las paredes del recipiente deuna manera que puede calcularse de manera estadsticaintercambiando momento lineal con las paredes en cadachoque y efectuando una fuerza neta por unidad de rea,que es la presin ejercida por el gas sobre la supercieslida.La presin puede calcularse como:P =

Nmv2rms3V (gas ideal)

Este resultado es interesante y signicativo no solo porofrecer una forma de calcular la presin de un gas sinoporque relaciona una variable macroscpica observable,la presin, con la energa cintica promedio por molcula,1/2 mvrms, que es una magnitud microscpica no obser-vable directamente. Ntese que el producto de la presinpor el volumen del recipiente es dos tercios de la energacintica total de las molculas de gas contenidas.

5 Vase tambin Presin parcial Gas combustible

Gas licuado del petrleo Gas natural Biogs Gas ciudad Gas de lea Helio3

Gas noble Cambio de estado Gases medicinales Licuefaccin de gases

Vapor (estado) Slido Lquido

6 Enlaces externos

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Wikcionario tiene deniciones y otra informa-cin sobre gas.Wikcionario

El Diccionario de la Real Academia Espaola tieneuna denicin para gas.

Helio3, el combustible que sustituir a los hidrocar-buros.

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Gas Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Gas?oldid=80382803 Colaboradores: Youssefsan, Llull, GomoX, Moriel, Lourdes Cardenal,Zwobot, Zorosandro, Scott MacLean, Rosarino, Dodo, Yearofthedragon, Triku, Felipe.bachomo, Jynus, Sms, Opinador, Tostadora,Tano4595, Jsanchezes, Robotito, Barbol, Xenoforme, Erri4a, Cinabrium, Fmariluis, GTubio, Balderai, Soulreaper, Petronas, Orgullomoore,RobotJcb, Airunp, Yrithinnd, Taichi, Rembiapo pohyiete (bot), Magister Mathematicae, Further (bot), RobotQuistnix, Benedicto, Alhen,Superzerocool, Chobot, Jomra, Yrbot, Vitamine, YurikBot, Equi, Beto29, KnightRider, Ashtray Heart, C-3POrao, Eloy, Txo, Eskimbot,Baneld, Milestones, Cheveri, Filipo, Jimgb, BOTpolicia, CEM-bot, Alexav8, Retama, Baiji, Davius, Antur, Iqmann, Erodrigufer, Gafotas,FrancoGG, Rafa606, Mahadeva, Roberto Fiadone, Yeza, RoyFocker, B25es, PhJ, Isha, Gngora, Mpeinadopa, JAnDbot, Lasai, Kved, Le-cuona, Mansoncc, Segedano, Muro de Aguas, TXiKiBoT, Humberto, Netito777, Pollo mx89, Fixertool, Nioger, Amanuense, Idioma-bot,Plux, BL, Werkoo, Biasoli, Delphidius, AlnoktaBOT, Fegp, VolkovBot, Snakeyes, Technopat, C'est moi, Queninosta, Matdrodes, Synthe-bot, BlackBeast, Ralabag, Picalla, AlleborgoBot, Poxqo, Maugemv, Karlaagl, Bucho, Numbo3, Gerakibot, SieBot, Mushii, El carrera, CtrlZ, Loveless, Carmin, Cobalttempest, NIKO WIKI, Dark, OboeCrack, Manw, Felviper, Greek, Tirithel, Mutari, Zubillaga256, Jarisleif,HUB, Antn Francho, Manu y dai, Felipelc07, Quijav, Eduardosalg, Neodop, Simi2007, Leonpolanco, Pan con queso, Alejandrocaro35,Alecs.bot, Darkicebot, Aipni-Lovrij, BotSottile, Ravave, UA31, Shalbat, Armando-Martin, AVBOT, David0811, LucienBOT, J.delanoy,MastiBot, RckR, Angel GN, MarcoAurelio, Diegusjaimes, MelancholieBot, Jorge segura garcia, Fong-Wan Chau, Arjuno3, Andreasmpe-ru, Luckas-bot, Ramon00, Spirit-Black-Wikipedista, Devonmoze1, Vic Fede, Santiago Martn, DSisyphBot, Preteenhardcore, Idoarnabat,ArthurBot, Princes 1, SuperBraulio13, Ortisa, Manuelt15, Xqbot, Jkbw, GhalyBot, Eltepiteo, Dreitmen, Dossier2, Cdertgb, -Erick-, Ri-cardogpn, BigWalterio, Nopetro, Igna, Torrente, Botarel, Panderine!, TobeBot, Gauchi, Danie1996, Sennaciulo, PatruBOT, Veam0007,PatricioAlexanderWiki, Jorge c2010, Foundling, GrouchoBot, Edslov, P. S. F. Freitas, EmausBot, Savh, AVIADOR, ZroBot, HRoestBot,Sergio Andres Segovia, Africanus, Weroymiguelon, Grillitus, JackieBot, Galleto balu, MercurioMT, Emiduronte, ChuispastonBot, WakaWaka, Mjbmrbot, Carrousel, Lauraaa3, MerlIwBot, JABO, EdgarG424, UAwiki, Belkano, AvocatoBot, Acratta, Grachifan, Tami 7, Helmyoved, Idiazabal26, Argenis86, Elpollitopio, Addbot, Jesusdel78, Balles2601, Rafaela20062, Uma valentina, Superstarpurple151, Andersonjair, Samaniego123, RI123JH, Jojojojfelizcaballo, Asociacion Platanitos XD y Annimos: 602

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