Comportamiento de los Gases

Comportamiento de los Gases

Un gas es un estado físico en el que las moléculas están separadas unas de otras por distancias mayores a las del tamaño del diámetro de estas. Todo volumen ocupado por el gas depende de la presión, temperatura y/o número de moles. La presión es la fuerza ejercida por unidad de área. .

Existen 4 propiedades principales de la materia en estado gaseoso. La primera es que los gases se expanden y se comprimen según el recipiente que los contiene, es decir, se adaptan al envase. Los gases se dejan comprimir fácilmente. Existen espacios intermoleculares permitiendo que se reduzca su volumen cuando se aplica cierta presión. La tercera característica es que se difunden fácilmente debido a que no existe una fuerza de atracción intermolecular. Por último, los gases se dilatan porque la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

En los gases, existen variables que afectan directamente el comportamiento de los gases. Las variables  que afectan el comportamiento de los gases son: presión, temperatura, cantidad, volumen y densidad. La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos. En este caso, la presión atmosférica va ser la fuerza que ejerce la atmósfera y actúa uniformemente sobre todas las partes del recipiente de los gases. La presión atmosférica se cuantifica en atmósferas (atm). La temperatura es una medida de la intensidad de calor. En un gas, la temperatura es proporcional a la energía cinética media de sus moléculas. A mayor energía cinética, mayor temperatura y viceversa. En un gas, la temperatura se expresa en grados kelvin. La cantidad prácticamente es la masa. Esta se mide en unidades de masa. Si esta se expresa mediante moles, se puede calcular dividiendo el peso del gas por su peso molecular. El volumen es el espacio ocupado por un cuerpo, en este caso, el gas. Finalmente, la densidad es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos y el volumen molar en litros de un gas.

Leyes de los Gases Ideales:

La Ley de Boyle-Mariotte :

Formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes  que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión:

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante para poder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

Ley de Gay-Lussac:

Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante. La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura, es decir si aumentamos la temperatura, aumentará la presión y viceversa.

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

La Ley de Charles:

Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas , mayor volumen del gas.

Se expresa por la fórmula:

Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada, reporta ScienceClarified. Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.

La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución, de acuerdo con ScienceClarified. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de "reventón". En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura - para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.

Otro uso que se le dió a estas leyes, fue el de auxiliar a los pilotos a determinar si era lo más conveniente volar por medio de instrumentos especializados en medir las características del aire. Debido a que la temperatura es el factor que más influye en el comportamiento de nuestra atmósfera que es el cuerpo de fluido gaseoso más complejo y volumétrico con el que interactuamos.

Si el aire se calienta, la cinética de las moléculas las va a separar de tal manera que el aire será menos denso, debido a que mientras menos cantidad de partículas en un área determinada, menor su densidad, y mientras menos denso sea el aire, más difícil es para los pilotos volar, es decir, tienen menos aire el cual soporta el peso del avión. Además, el aire caliente sube en comparación de vientos más fríos. Esto se debe, como ya fue explicado anteriormente, porque el aire caliente es menos denso, suponiendo que comparamos un metro cúbico de aire frío con un metro cúbico de aire caliente, la muestra con aire caliente va a pesar menos que la muestra de aire frío porque tiene mucho menos partículas de aire dentro ya que estas se distribuyen más espaciadamente en el espacio del metro cúbico.

En conclusión, vivimos sumergidos en varias toneladas de aire, el cual está en constante cambio en nuestro planeta gracias a todos los mecanismos de enfriamiento y calentamiento, el relieve e incluso la altura, que van moldeando el comportamiento de este fluido en el que vivimos. Y gracias a las leyes que describen el comportamiento de un gas ideal, el hombre ha podido crear diversos aparatos y productos, que tomas ventaja de la relación de propiedades de los gases tales como concentración de partículas, temperatura y presión, para dar origen al estilo de vida al cual la raza humana hoy en día comparte.