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El estudio de los gases comprende el análisis de la materia cuando se encuentra en estado gaseoso, que es su estado termodinámico más simple.
Un gas está compuesto de átomos y moléculas y en este estado físico, un sistema tiene poca interacción entre sus partículas.
Cabe señalar que un gas es diferente al vapor. Normalmente consideramos un gas cuando la sustancia está en estado gaseoso a temperatura y presión ambientales.
Las sustancias que se encuentran en estado sólido o líquido en condiciones ambientales, cuando se encuentran en estado gaseoso, se denominan vapor.
Variables de estado
Podemos caracterizar un estado de equilibrio termodinámico de un gas a través de las variables de estado: presión, volumen y temperatura.
Cuando conocemos el valor de dos de las variables de estado, podemos encontrar el valor de la tercera, ya que están interrelacionadas.
Volumen
Como existe una gran distancia entre los átomos y las moléculas que componen un gas, la fuerza de interacción entre sus partículas es muy débil.
Por tanto, los gases no tienen una forma definida y ocupan todo el espacio donde están contenidos. Además, se pueden comprimir.
Presión
Las partículas que forman un gas ejercen fuerza sobre las paredes de un recipiente. La medida de esta fuerza por unidad de área representa la presión del gas.
La presión de un gas está relacionada con la velocidad media de las moléculas que lo componen. De esta forma, tenemos una conexión entre una cantidad macroscópica (presión) y una cantidad microscópica (velocidad de partícula).
La temperatura
La temperatura de un gas representa la medida del grado de agitación de las moléculas. De esta forma, la energía cinética media de traslación de las moléculas de un gas se calcula midiendo su temperatura.
Usamos la escala absoluta para indicar el valor de la temperatura de un gas, es decir, la temperatura se expresa en la escala Kelvin.
vea también: Transformaciones de gas
Gas ideal
Bajo ciertas condiciones, la ecuación de estado de un gas puede ser bastante simple. Un gas que presenta estas condiciones se denomina gas ideal o gas perfecto.
Las condiciones necesarias para que un gas se considere perfecto son:
- Estar formado por un gran número de partículas en movimiento desordenado;
- El volumen de cada molécula es insignificante en relación con el volumen del recipiente;
- Las colisiones son elásticas de muy corta duración;
- Las fuerzas entre moléculas son insignificantes, excepto durante las colisiones.
De hecho, el gas perfecto es una idealización del gas real, sin embargo, en la práctica, a menudo podemos usar esta aproximación.
Cuanto más se aleja la temperatura de un gas de su punto de licuefacción y se reduce su presión, más cerca está de un gas ideal.
Ecuación general de gases ideales
La ley de los gases ideales o ecuación de Clapeyron describe el comportamiento de un gas perfecto en términos de parámetros físicos y nos permite evaluar el estado macroscópico del gas. Se expresa como:
PV = nRT
Ser,
P: presión de gas (N / mdos)
V: volumen (m3)
n: número de moles (mol)
R: constante de gas universal (J / K.mol)
T: temperatura (K)
constante universal de gas
Si consideramos 1 mol de un gas dado, la constante R se puede encontrar por el producto de la presión y el volumen dividido por la temperatura absoluta.
Según la ley de Avogadro, en condiciones normales de temperatura y presión (la temperatura es igual a 273,15 K y la presión a 1 atm) 1 mol de gas ocupa un volumen igual a 22,415 litros. Entonces tenemos:
Haciendo las transformaciones necesarias, todavía podemos expresar la constante de gas como igual a:
R = 8,314 J / K.mol o 1,986 Cal / K.mol
Ejercicios resueltos
1) UERJ – 2016
Para describir el comportamiento de los gases ideales en función del volumen V, la presión P y la temperatura T, se pueden utilizar las siguientes ecuaciones:
Según estas ecuaciones, la razón 
es aproximadamente igual a:
2) UFPR – 2014
La ecuación general de gases ideales es una ecuación de estado que correlaciona presión, temperatura, volumen y cantidad de materia, siendo una buena aproximación al comportamiento de la mayoría de los gases.
Los ejemplos que se describen a continuación corresponden a observaciones realizadas para una cantidad fija de materia gaseosa y la variación de dos parámetros. Numere las representaciones gráficas relacionándolas con las siguientes descripciones.
1. Al llenar un globo con helio u oxígeno, el globo tendrá la misma dimensión.
2. Al inflar un neumático de bicicleta, se requiere una presión más alta que la de un neumático de automóvil.
3. La cocción de los alimentos es más rápida a presiones más altas.
4. Una pelota de baloncesto llena en verano probablemente se verá más vacía en invierno, incluso si no ha perdido aire.
Marque la alternativa que presenta la secuencia correcta en la numeración de las representaciones gráficas.
a) 1 – 3 – 4 – 2.
b) 2 – 3 – 4 – 1.
c) 4 – 2 – 1 – 3.
d) 4 – 3 – 1 – 2.
e) 2 – 4 – 3 – 1.
Conozca también la Transformación Isobárica y la Transformación Adiabática.
