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(palabra forjada después del latín caos)
Estado físico de la materia en el que las moléculas están débilmente unidas y animadas por movimientos desordenados (agitación térmica).
FÍSICO
La mayoría de los compuestos se encuentran en estado gaseoso a alta temperatura (o baja presión). Cuando se baja la temperatura (y / o se aumenta la presión), cambian al estado líquido (→ licuefacción), luego al estado sólido (→ solidificación).
Estos cambios de estado son reversibles. La temperatura de transición entre dos estados es fija y caracteriza a una determinada sustancia pura.
A diferencia de los sólidos y líquidos que son difíciles de comprimir (→ compresibilidad), los gases se expanden libremente para ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. Tienen una densidad unas mil veces menor que la de los líquidos y sólidos.
Las interacciones entre las moléculas de un gas son débiles: se mueven a lo largo de trayectorias rectilíneas que cambian de dirección con cada colisión con otra molécula. El gas conduce poco calor y electricidad, a menos que estén ionizados (formación de plasma).
Por tanto, las propiedades macroscópicas de un gas se pueden deducir directamente de las propiedades de las moléculas que lo componen (o de los átomos en el caso de un gas monoatómico). En particular, los gases presentan líneas de emisión y absorción (→ espectro) características de las moléculas (o átomos) que los constituyen, lo que permite identificarlos (espectroscopia).
1. Teoría cinética de los gases
El propósito de la teoría cinética de los gases es explicar las propiedades macroscópicas de los gases: presión (PAG), volumen (V) y temperatura (T) – aplicando las leyes de la mecánica estadística al movimiento de moléculas de gas.
El volumen de un gas refleja la distribución espacial de sus moléculas.
La presión del gas, que se puede medir con manómetros colocados en las paredes del recipiente, representa en promedio los cambios en el momento angular de las moléculas después de una colisión.
La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de sus moléculas, es decir al cuadrado de la velocidad media de las moléculas (cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad media de las partículas).
La reducción de estas medidas macroscópicas a variables mecánicas, como la posición, la velocidad, el momento y la energía cinética de las moléculas, que están sujetas a las leyes de la mecánica de Newton, permite generar la mayoría de las leyes empíricas sobre los gases. Esta parte de la física, que intenta relacionar las propiedades de los gases con la mecánica clásica, constituye la teoría cinética de los gases. Por un lado, esta teoría proporciona una base para la ecuación de estado de los gases ideales; por otro lado, permite determinar muchas otras propiedades de los gases como, por ejemplo, la distribución estadística de la velocidad de las moléculas y las propiedades de transferencia como la conductividad térmica, el coeficiente de difusión o la viscosidad.
2. Gases perfectos
Un gas ideal es un modelo de gas para el que descuidamos las interacciones moleculares del gas (excepto para las colisiones) y cuyo volumen intrínseco es despreciable en comparación con el volumen del recipiente. Así, las propiedades de un gas real a baja presión (interacciones débiles entre moléculas) son similares a las de un gas ideal. Entonces podemos describir el comportamiento del gas mediante la ecuación de estado de los gases ideales:
PV = nRT
con no el número de moles de gas (en mol), PAG la presión del gas (en pascales, Pa), V el volumen (en m3) ocupada por no lunares y T la temperatura absoluta del gas (en Kelvin, K); el constante R, llamada constante de gas ideal, es de aproximadamente 8,31 J ∙ K– 1 ∙ mol– 1.
Esta ecuación muestra que:
• a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión (ley de Boyle-Mariotte);
• a presión constante, el volumen es proporcional a la temperatura absoluta del gas (ley de Gay-Lussac);
• a volumen constante, la presión del gas es proporcional a su temperatura absoluta (ley de Charles).
Además, en una mezcla de gases ideales, la presión total es igual a la suma de las presiones parciales (ley de Dalton).
La ecuación de estado del gas ideal también permite definir que, en condiciones normales de temperatura y presión (T = 273.15 K y PAG = 1.013 × 105), un volumen de 22,4 litros contiene un mol de gas. También encontramos la relación entre la masa molar METRO (→ mol) de gas y su densidad D con respecto al aire: METRO = 29D.
3. Gases reales
La ecuación de estado de los gases ideales es aproximada porque solo es válida a bajas presiones. Por tanto, un gas ideal no puede licuarse, independientemente del enfriamiento y la compresión a la que esté sometido. Sin embargo, todos los gases reales se licuan. Por tanto, es necesario adaptar la ecuación de estado de los gases ideales a casos reales utilizando la ecuación de estado de Van der Waals dada para un mol de gas:
(PAG + Para/V2) (V – b) = RT
Para y B siendo parámetros adaptables determinados por mediciones experimentales realizadas en el gas en cuestión; estos son parámetros que varían de un gas a otro.
La ecuación de Van der Waals también se puede interpretar a nivel microscópico: la interacción entre moléculas es fuertemente repulsiva para moléculas cercanas entre sí, pero se vuelve ligeramente atractiva para distancias medias y desaparece cuando la distancia es grande. Por tanto, a baja presión, todos los gases tienden a comportarse como gases ideales. Pero a alta presión, la ley de los gases ideales debe rectificarse para tener en cuenta las fuerzas atractivas o repulsivas.
4. Cambios de estado y aplicaciones industriales
A bajas temperaturas (movimiento reducido de moléculas) y altas presiones (espacios intermoleculares reducidos), las moléculas de un gas están sujetas mutuamente a la influencia de sus fuerzas de atracción. Cuando se cumplen ciertas condiciones críticas, todo el sistema pasa a un estado líquido (licuefacción o condensación).
El proceso de licuefacción es muy utilizado en la industria química y de refrigeración donde se licuan muchos gases para reducir su volumen y por tanto facilitar su transporte y almacenamiento.
Entre los gases más utilizados en su forma licuada, encontramos helio líquido (- 269 ° C), nitrógeno líquido (- 196 ° C), oxígeno líquido (- 183 ° C), gas natural licuado (- 161 ° C) y licuado. gas de petróleo (que consiste esencialmente en propano líquido a -42 ° C).
