Gas: Propiedades, estructura y ejemplos

Publicado el 12 marzo, 2023 por Rodrigo Ricardo

¿Qué es el gas en química?

Para explicar qué es un gas en química, primero hay que entender qué es un gas y en qué se diferencia un gas de los demás estados de la materia. Un gas es un estado de la materia que no tiene volumen ni forma fijas, sino que se ajusta al volumen y la forma de su contenedor. Según la definición de gas en química, un gas como el helio carece de su propio volumen y forma y, en cambio, toma el volumen y la forma del globo que está llenando el gas helio. Los otros dos estados de la materia son líquido y sólido. Un líquido tendrá su propio volumen pero se ajustará a la forma de su recipiente. La razón por la que un líquido se adapta a la forma del recipiente es que un líquido no tiene una forma específica. Un sólido tiene un volumen y forma definidos y no se ajustará a la forma o volumen de un recipiente.

Propiedades de los gases

La materia gaseosa tiene propiedades definitorias que son exclusivas de los gases. Estas propiedades permiten que los gases se comporten en sus formas características. Las siguientes propiedades son las cuatro propiedades características de los gases.

  • Capacidad de expansión: un gas se expandirá para llenar su contenedor a diferencia de un líquido o sólido. Esta capacidad de expansión de los gases es espontánea. El volumen de un gas es igual al volumen del recipiente debido a esta capacidad de expansión.
  • Compresibilidad: la aplicación de presión a un gas hará que el gas se comprima. Si se excreta presión sobre un gas en un recipiente flexible, esto hará que el volumen del gas disminuya dependiendo de la cantidad de presión aplicada.
  • Formación de mezclas homogéneas: Los gases formarán mezclas homogéneas con otros gases. Estas mezclas se forman independientemente de las identidades o propiedades relativas de los gases mezclados.
  • Densidad: La densidad de un gas depende de la presión, la masa molar y la temperatura del gas. Si la temperatura de un gas aumenta, entonces la densidad del gas disminuirá. Un aumento de presión hará que aumente la densidad del gas.

Según la teoría cinética molecular, un gas consistirá en una gran cantidad de átomos o moléculas que tienen un movimiento continuo de forma aleatoria. Los átomos o moléculas de gas están separados, por lo que el volumen que ocupa el gas es mucho mayor que el volumen combinado de los átomos o moléculas. Las moléculas de gas sienten fuerzas de atracción o repulsión insignificantes. Cuando ocurren colisiones, son perfectamente elásticas. La energía se transfiere durante las colisiones, pero la energía cinética promedio sigue siendo la misma. Esto es cierto solo cuando la temperatura absoluta del gas es constante. Los gases pueden consistir en átomos individuales, moléculas elementales o moléculas compuestas.

La temperatura, la presión, el volumen y la cantidad de gas son las cuatro variables que gobiernan el estado físico de un gas. La comprensión de cómo estas variables se relacionan entre sí se analiza mediante las leyes de los gases. Estas tres leyes de los gases son la ley de Avogadro, la ley de Boyle y la ley de Charles.

  • La ley de Avogadro establece que el volumen de un gas y el número de moles de un gas poseen una proporcionalidad directa entre sí cuando la presión y la temperatura son constantes. El volumen de un gas se duplicará si se duplica el número de moles de gas.
  • La ley de Boyle establece que el volumen de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional a la presión solo si la temperatura del gas permanece constante. A medida que aumenta la presión del gas, el volumen del gas disminuye.
  • La ley de Charles establece que el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas cuando la presión permanece constante. Cuando aumenta el número de moles de un gas, esto hará que también aumente el volumen del gas.

El gas noble neón es un ejemplo de materia gaseosa. El neón es un gas que consta de átomos individuales. Hay muchos otros ejemplos de gases. Los siguientes gases son ejemplos de gases útiles:

  • Metano: Este gas incoloro e inodoro es uno de los principales componentes del gas natural. El metano es un gas no tóxico e inflamable. Este gas consiste en moléculas compuestas que se componen de un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. El metano es más ligero que el aire.
  • Dióxido de carbono: Este gas es producido por la respiración de los seres vivos. El dióxido de carbono (CO2) es un gas incoloro e inodoro que consta de moléculas compuestas. Este gas no es tóxico ni combustible y se utiliza como agente extintor de incendios. El dióxido de carbono es más pesado que el aire.
  • Oxígeno gaseoso: El oxígeno molecular (O2) es un gas que consta de átomos individuales. Este gas incoloro, inodoro e insípido sustenta la vida. El aire que la gente respira consiste en oxígeno gaseoso como componente. El oxígeno molecular se utiliza en el campo de la salud como gas respiratorio. El oxígeno gaseoso es un agente oxidante. Este gas se utiliza en la industria alimentaria para ayudar a mantener el color natural fresco de la carne roja.

El estado de la materia que carece de volumen o forma fijos es gas. Este estado de la materia se ajustará al volumen y forma del recipiente. En un material gaseoso como el gas hidrógeno, las moléculas de gas están muy separadas y se mueven dentro del recipiente a altas velocidades. Este movimiento de moléculas de gas provoca colisiones entre las moléculas de gas y las paredes del recipiente. Cuando se agrega un gas a un nuevo contenedor, se expandirá para llenar el contenedor. Esta propiedad única de los gases se llama capacidad de expansión. Otra propiedad exclusiva de los gases es la compresibilidad. Cuando se aplica presión a un recipiente que contiene un gas, esta presión hará que disminuya el volumen del recipiente que contiene el gas. Los gases formarán mezclas homogéneas con otros gases. La presión y la temperatura del gas afectarán la densidad del gas.

La ley de Avogadro, la ley de Boyle y la ley de Charles son leyes de los gases que abordan las relaciones entre las variables de los gases. En la ley de Avogadro, la relación directa entre el volumen de gas y el número de moles de un gas. Para que esta ley se cumpla, tanto la presión como la temperatura deben permanecer constantes. El volumen de un gas fijo tendrá una proporcionalidad inversa a la presión del gas en la ley de Boyle. La ley de Charles aborda la relación entre el volumen y la temperatura de un gas. Cuando la temperatura absoluta de un gas disminuye, esto conducirá a que también se reduzca el volumen del gas.

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