Introducción
El estado gaseoso es el estado en que se presenta la materia cuando sus partículas tienen una total libertad de movimiento.
Propiedades de los Gases
- Volumen: El volumen del recipiente que contiene al gas se mide en litros (L) o en metros cúbicos (m³) en el Sistema Internacional (SI).
- Temperatura: Para medir la temperatura a la que se encuentra el gas, utilizaremos la escala Celsius (°C) o la escala Kelvin (K) en el SI. La fórmula de conversión es: T(K) = T(°C) + 273.
- Presión: La presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene se mide en el SI con una unidad llamada Pascal (Pa), la atmósfera (atm) o el milímetro de mercurio (mmHg).
Medición de la Presión
Evangelista Torricelli (1608-1647) midió la presión que ejerce la atmósfera al nivel del mar. Encontró que era la misma presión que ejerce una columna de mercurio de 76 cm de altura (o 760 mm). A esa cantidad de presión le llamó una atmósfera y se utiliza como unidad para medir presiones.
Fórmula: 1 atm = 760 mmHg = 101 325 Pa
Características de los Gases
- Los gases están formados por partículas muy separadas unas de otras que se mueven constantemente.
- Los gases ocupan el volumen de todo el recipiente que los contiene.
- Los gases ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. Esta presión se debe a los choques de las partículas del gas con las paredes.
- Cuanto más rápido se mueven las partículas del gas, mayor es la temperatura.
Cero Absoluto
El cero absoluto es la temperatura a la cual las partículas de los gases no se mueven. Es la temperatura más baja posible y equivale a -273,15 °C.
Leyes de los Gases
Ley de Boyle-Mariotte
Robert Boyle (1627-1691) en Inglaterra y Edme Mariotte (1620-1684) en Francia estudiaron las variaciones que experimentaba la presión de un gas al modificar el volumen, manteniendo la temperatura constante. Encontraron que son inversamente proporcionales.
Ley de Boyle-Mariotte: Cuando un gas experimenta transformaciones a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen permanece constante: P · V = constante; P₁ · V₁ = P₂ · V₂
Explicación según la teoría cinética: Al reducir el volumen, la presión aumenta. Si aumentamos el volumen, las partículas tardarán más en chocar con las paredes del recipiente y la presión ejercida por el gas será menor.
Ley de Gay-Lussac
Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) estudió cómo variaba la presión de un gas cuando se modificaba su temperatura, manteniendo constante el volumen del recipiente. Encontró que la presión es directamente proporcional a la temperatura.
Ley de Gay-Lussac: Cuando un gas experimenta transformaciones a volumen constante, el cociente entre la presión y su temperatura absoluta permanece constante: P/T = constante; P₁/T₁ = P₂/T₂
Explicación según la teoría cinética: Si aumenta la temperatura de un gas, las partículas se mueven más deprisa, es decir, aumenta la velocidad a la que se mueven.
Ley de Charles
Jacques Alexandre Charles (1746-1823) analizó las variaciones que experimentaba el volumen de un gas cuando se variaba la temperatura, manteniendo constante la presión. Encontró que el volumen es directamente proporcional a la temperatura.
Ley de Charles y Gay-Lussac: Cuando un gas experimenta transformaciones a presión constante, el cociente entre el volumen y su temperatura absoluta es constante: V/T = constante; V₁/T₁ = V₂/T₂
Explicación según la teoría cinética: Si la presión del gas permanece constante, al elevarse la temperatura, el volumen del recipiente también debe aumentar.
Teoría Cinética de los Gases
La teoría cinética para gases establece que:
- La materia está formada por partículas que se hallan más o menos unidas, dependiendo del estado de agregación en que se encuentre.
- Las partículas se mueven más o menos libremente, dependiendo del estado. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia.
Descripción de los Estados Físicos según la Teoría Cinética
- Estructura interna de los sólidos: En el estado sólido, las partículas que lo forman están fuertemente unidas, formando una estructura rígida.
- Estructura interna de los líquidos: En el estado líquido, la unión entre partículas es más débil y estas pueden deslizar unas sobre otras, aunque se mantiene el volumen constante. Su estructura no es rígida.
- Estructura interna de los gases: En el estado gaseoso, sus partículas están aisladas y tienen más libertad para moverse.
Cambios de Estado
Los cambios de estado son ejemplos de fenómenos físicos, pues con ellos no se altera la naturaleza de la materia, sino solo el estado en que se presenta.
- Temperatura o punto de fusión: Es la temperatura a la cual se produce el cambio de estado de sólido a líquido en toda la masa del sólido. El punto de fusión coincide con el punto de solidificación.
- Temperatura o punto de ebullición: Es la temperatura a la cual se produce el cambio de estado de líquido a gas en toda la masa del líquido. El punto de ebullición coincide con el punto de condensación.
Condiciones de los cambios de estado: La temperatura a la cual una sustancia experimenta un cambio de estado depende de las condiciones en las que se encuentre.