Teoría Cinética de los Gases

La teoría cinética de los gases se enuncia en los siguientes postulados, teniendo en cuenta un gas ideal o perfecto:

1. Las sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular.
3. Las moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo y desordenado; chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, dando lugar a la presión del gas.
4. Los choques de las moléculas son elásticos; no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.
5. La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.

¿Qué es un Gas?

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene. Con respecto a los gases, las fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.

Propiedades de los Gases

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, ocupando todo el volumen y tomando la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras, reduciendo su volumen cuando aplicamos presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen espontáneamente.
4. Se dilatan. La energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

Compresibilidad

Una combustión interna de un motor provee un buen ejemplo de la facilidad con la cual los gases pueden ser comprimidos. En un motor de cuatro pistones, el pistón es primero halado del cilindro para crear un vacío parcial, y luego es empujado dentro del cilindro, comprimiendo la mezcla de gasolina/aire a una fracción de su volumen original.

Cualquiera que haya caminado en una cocina donde se hornea pan, ha experimentado el hecho de que los gases se expanden hasta llenar su contenedor, mientras que el aroma del pan llena la cocina. Desgraciadamente, la misma cosa sucede cuando alguien rompe un huevo podrido y el olor característico del sulfuro de hidrógeno (H₂S) se esparce rápidamente en la habitación. Esto se debe a que los gases se expanden para llenar su contenedor. Por lo cual, es sano asumir que el volumen de un gas es igual al volumen de su contenedor.

Volumen del Gas y Volumen del Sólido

Como regla general, el volumen de un líquido o sólido incrementa por un factor de 800 veces cuando forma gas. La consecuencia de este enorme cambio en volumen es frecuentemente usada para hacer trabajos. El motor a vapor está basado en el hecho de que el agua hierve para formar gas (vapor) que tiene un mayor volumen. El gas entonces escapa del contenedor en el cual fue generado, y el gas que se escapa es usado para hacer trabajo. El mismo principio se pone a prueba cuando se utiliza dinamita para romper rocas. En 1867, Alfred Nobel descubrió que el explosivo líquido tan peligroso conocido como nitroglicerina puede ser absorbido en barro o aserrín para producir un sólido que era mucho más estable y, por lo tanto, con menos riesgos. Cuando la dinamita es detonada, la nitroglicerina se descompone para producir una mezcla de gases de CO₂, H₂O, N₂ y O₂.

Porque 29 moles de gas son producidos por cada 4 moles de líquido que se descompone, y cada mol de gas ocupa un volumen promedio de 800 veces más grande que un mol de líquido, esta reacción produce una onda expansiva que destruye todo alrededor. El mismo fenómeno ocurre en una escala mucho menor cuando hacemos estallar una cotufa. Cuando el maíz es calentado en aceite, los líquidos dentro del grano se convierten en gas. La presión que se acumula dentro del grano es enorme, causando que explote.

Presión y Fuerza

El volumen de un gas es una de sus propiedades características. Otra propiedad es la presión que el gas libera en sus alrededores. Muchos de nosotros obtuvimos nuestra primera experiencia con la presión al momento de ir a una estación de servicio para llenar los neumáticos de la bicicleta. Dependiendo del tipo de bicicleta, agregábamos aire a las llantas hasta que el medidor de presión estuviese entre 30 y 70 psi.

Gas Real

Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían considerablemente de las de los gases ideales. Los gases reales existen, tienen volumen y fuerza de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones: temperaturas altas y presiones muy bajas.

Gas Ideal

Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento presión-volumen-temperatura se puede describir completamente por la ecuación del gas ideal. Las condiciones de 0°C y 1 atmósfera se llaman temperatura y presión estándar, a menudo abreviadas (TPE).

Características de Gas Ideal

Se considera que un gas ideal presenta las siguientes características:

1. El número de moléculas es despreciable comparado con el volumen total del gas.
2. No hay fuerza de atracción entre las moléculas.
3. Las colisiones son perfectamente elásticas.
4. Evitando las temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, podemos considerar que los gases reales se comportan como gases ideales.