Gas: Definicion científica y ejemplos

Publicado el 30 marzo, 2023 por Rodrigo Ricardo

Química

¿Qué es el gas?

El gas es un estado de la materia que se caracteriza porque sus moléculas o átomos están dispuestos sin estructura, de modo que son colectivamente fluidos y no tienen una forma definida ni un volumen definido. Una definición básica de gas en química o física es que el gas es uno de los tres estados fundamentales de la materia, junto con los sólidos y los líquidos. Este grupo de tres es técnicamente cuatro estados fundamentales de la materia: sólido, líquido, gas y plasma. Sin embargo, el plasma es mucho más raro que los otros tres.

La etimología de la palabra “gas” se remonta a la palabra griega khaos, que significa “espacio vacío”. El uso moderno y más científico de la palabra comenzó entre 1779 y 1916 con varios significados:

Una mezcla combustible de vapores.
Un anestésico
Vapores intestinales
Gas venenoso
Un nombre abreviado para gasolina

Teoría cinética del gas

La comprensión más científica de lo que significa gas se entiende mejor a través de la explicación de la teoría cinética de la materia. Esta teoría explica que la materia se compone de partículas individuales (es decir, átomos y moléculas) en constante movimiento, y su movimiento se correlaciona directamente con su temperatura. Así, la temperatura es la energía cinética promedio en un conjunto de partículas y no una medida de energía o calor total en un sistema; por ejemplo, un iceberg tiene una energía total más alta que un fósforo encendido debido a la masa o al número de partículas. El fósforo en este ejemplo tiene una temperatura más alta porque su cantidad total de energía se distribuye en un sistema mucho más pequeño en comparación con un iceberg. Entonces, la temperatura es un buen indicador del estado de la materia para un conjunto dado de partículas, mientras que la energía total no lo es.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética promedio en un conjunto de partículas y la estructura rígida de un sólido comienza a romperse. Las partículas comienzan a deslizarse entre sí y la sustancia general comienza a fundirse en un líquido. Si la temperatura continúa aumentando en el sistema de partículas, las partículas obtendrán más energía y comenzarán a escaparse de la atracción entre sí. A medida que las partículas de un líquido se separan de su atracción mutua, se expanden alejándose unas de otras. El líquido se vaporiza en un gas. Las partículas de gas se expandirán dentro de su contenedor hasta que se distribuyan uniformemente. Así, los gases toman la forma y el volumen de su recipiente mientras disminuyen en densidad durante su expansión.

Todas las sustancias o elementos químicos pueden cambiar entre los cuatro estados fundamentales de la materia. Así, cualquier elemento químico sólido puede fundirse y vaporizarse; algunos incluso se convierten en plasma. Un plasma es un gas de alta energía en el que los electrones del átomo se han desprendido de sus respectivos núcleos atómicos, de modo que el gas tiene carga positiva y negativa.

Estos son los cuatro estados de la materia y sus transiciones.

Tipos de gases

Hay muchos tipos de gases con propiedades y descripciones ligeramente diferentes. A menudo, la palabra gas se usa cuando se hace referencia a gases elementales, gases puros y mixtos y gases tóxicos.

Gases Elementales

El resto de los elementos de la tabla periódica existen como líquidos o sólidos a temperatura y presión estándar (STP), o a 0 °C y 100 kPa. Los elementos que existen como gases en STP y como moléculas homonucleares diatómicas se denominan gases elementales. Estos elementos tienen sus átomos enlazados en pares para formar moléculas diatómicas. Los gases elementales incluyen los siguientes:

Hidrógeno (H2)

Nitrógeno (N2)

Oxígeno (O2)

Flúor (F2)

Cloro (Cl2)

Otros elementos existen como gases en STP pero como gases nobles monoatómicos. Un gas es monoatómico cuando está compuesto completamente por un tipo de átomo, no enlazado dentro de ninguna molécula. Esto contrasta con los gases diatómicos, que tienen sus átomos enlazados en pares. Los gases nobles monoatómicos incluyen los siguientes elementos:

Helio (He)
Neón (Ne)
Argón (Ar)
Kriptón (Kr)
Xenón (Xe)
Radón (Rn)

Gases puros y mixtos

Los gases vienen en muchas formas; algunos son gases puros, otros son gases elementales y algunos son gases mixtos. Debido a que los gases están formados por partículas que se mueven rápidamente, a menudo existen con otros gases en una mezcla.

El ejemplo más obvio de un gas mixto es el aire. La atmósfera terrestre y el aire que respiran los animales contienen más que solo oxígeno (O2). De hecho, el aire es 78 % nitrógeno (N2), 21 % oxígeno (O2) y pequeñas cantidades de argón (Ar), dióxido de carbono (CO2), neón (Ne), metano (CH4), helio (He), criptón (Kr), hidrógeno (H2), xenón (Xe), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), yodo (I2), monóxido de carbono (CO) y amoníaco (NH3).

Otros ejemplos de gases mixtos además del aire incluyen los siguientes:

Fumar
Niebla tóxica
Humos de cocina

Estos gases son mezclas de varias sustancias en forma gaseosa, lo que significa que cada una es una solución de gases. Los gases también pueden estar formados por compuestos o moléculas. Por ejemplo, el dióxido de carbono es un compuesto compuesto por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno como CO2. Algunos otros compuestos que existen como gases en STP incluyen los siguientes:

Acetileno (C2H2)

Butano (C4H10)

Hexano (C6H14)

Éter dimetílico (C2H6O)

Gases tóxicos

Algunos otros gases incluyen muchos gases compuestos y algunos gases elementales también son excepcionalmente tóxicos. Los gases tóxicos son peligrosos para inhalar y pueden causar lesiones graves o la muerte a las personas expuestas a estos gases. Los ejemplos de gases tóxicos incluyen los siguientes:

Amoníaco (NH3)

Arsénico (As)
Bromo (Br)
Cloruro de bromo (BrCl)
Butadieno 1,3 (C4H6)

Monóxido de carbono (CO)
Trifluoruro de cloro (ClF3)

Diborano (B2H6)

Óxido de etileno (C2H4O)

Formaldehído (CH2O)

bromuro de hidrógeno (HBr)
Cloruro de hidrógeno (HCl)
Sulfuro de hidrógeno (H2S)

Dióxido de azufre (SO2)

Hexafluoruro de tungsteno (WF6)

Propiedades de los gases

Uno puede diferenciar los gases de los otros estados fundamentales de la materia en función de sus propiedades físicas. Los gases tienen las siguientes propiedades físicas:

Los gases no tienen un volumen definido. Se expanden para llenar su contenedor mientras disminuyen la densidad hasta que se distribuyen uniformemente.
Los gases no tienen forma definida, ya que los gases toman la forma de su contenedor.
El espacio entre las partículas de un gas es grande. Los gases son menos densos que la misma sustancia en estado líquido o sólido.
Las partículas de gas (es decir, átomos y moléculas) están en un estado constante de movimiento aleatorio.
A medida que los gases se expanden y sus partículas chocan entre sí y con otras superficies, ejercen presión. Los gases ejercen presión sobre las superficies de sus recipientes.

Sin embargo, no todos los gases se comportan igual. Algunos son gases ideales y otros son gases reales. Un gas ideal es aquel en el que no existen fuerzas de atracción intermoleculares entre las partículas que componen el gas; esto significa que las partículas individuales que lo componen no se atraen entre sí como lo hacen en un líquido. Por otro lado, los gases reales no siempre se comportan de esta manera. Los gases reales solo se comportan como gases ideales bajo ciertas condiciones, como presiones y temperaturas elevadas. En cambio, las moléculas y los átomos de los gases reales interactúan, colisionan y se atraen.

Ejemplos de gases

Los gases son comunes de encontrar y están presentes a nuestro alrededor. Algunos gases son puros, algunos son compuestos y otros son mezclas.

El dióxido de carbono (CO2) es un ejemplo familiar de gas. Es un gas compuesto por un átomo de carbono y dos de oxígeno. El dióxido de carbono está presente en el aire de la mezcla de gases. El dióxido de carbono constituye aproximadamente el 0,04% del aire que respiramos. Algo interesante del dióxido de carbono es que es un gas de efecto invernadero que absorbe la radiación térmica y la libera en todas direcciones. Esto hace que la radiación térmica se acumule en la atmósfera, aumentando la temperatura, como funciona el vidrio en un invernadero.

El hidrógeno (H2) es el elemento más común en el universo y constituye la mayor parte de la materia del universo. Fue el primer elemento que existió y el elemento más ligero, ya que los átomos de hidrógeno solo tienen un protón. El hidrógeno es un gas elemental que existe como una molécula diatómica o dos átomos de hidrógeno unidos entre sí. El hidrógeno es también el combustible principal de muchas estrellas como el sol. Las estrellas se encienden a través de la fusión de átomos de hidrógeno en átomos de helio causada por las altas temperaturas y la presión gravitatoria ejercida sobre los núcleos solares.

Resumen de la lección

El gas es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia; sólido, líquido y plasma son los otros tres. El gas es un estado de la materia que se caracteriza porque sus moléculas o átomos están dispuestos sin estructura, de modo que son colectivamente fluidos y no tienen una forma definida ni un volumen definido. El estado de la materia se comporta de modo que las partículas (es decir, átomos o moléculas) no sólo se mueven unas frente a otras sino que se expanden alejándose unas de otras. Los gases se expanden debido al movimiento aleatorio constante de sus partículas. Esto hace que se expandan, llenando su contenedor y disminuyendo la densidad.

Hay muchos tipos de gases. Aunque los gases son comunes, solo existen varios elementos en la tabla periódica como gases a temperatura y presión estándar (STP). Estos gases se denominan gases elementales o gases puros. Algunos gases también son compuestos o combinaciones de elementos puros unidos químicamente entre sí. También existen gases tóxicos, que provocan daños o la muerte si se inhalan. No todos los gases se comportan igual. Los gases ideales se comportan de tal manera que sus partículas no se atraen entre sí, mientras que los gases reales tienden a tener cierta atracción entre las partículas.