Propiedades De Los Gases

PROPIEDADES DE LOS GASES

Muchas sustancias familiares para nosotros existen a temperatura y presión normal en forma gaseosa, éstas incluyen muchos elementos (H2, N2, O2, F2, Cl2 y gases nobles) y una gran variedad de compuestos. En condiciones apropiadas las sustancias que ordinariamente son líquidos o sólidos también pueden existir en estado gaseoso y se conocen como vapores. Por ejemplo, la sustancia H2O es común encontrarla como agua líquida, hielo o vapor de agua. Un envase térmico puede contener una mezcla de hielo y agua a 0 C y tener una cierta presión de vapor de agua en la fase gaseosa sobre el líquido y la fase sólida.

Los gases se diferencian en forma marcada de los sólidos y los líquidos en varios aspectos. Un gas se expande hasta llenar el recipiente en el cual está contenido. En consecuencia, el volumen de un gas es dado al especificar el volumen del recipiente que lo contiene. El volumen de los sólidos y los líquidos no está determinado por el recipiente. La conclusión acerca de esto es que los gases son altamente compresibles. Cuando se aplica una presión a un gas su volumen se contrae con facilidad. Los líquidos y los sólidos, no son muy compresibles.

Dos o más gases forman mezclas homogéneas en todas proporciones, independientemente de que tan diferentes sean los gases entre sí. Los líquidos por otra parte, con frecuencia no forman mezclas homogéneas. Por ejemplo, cuando se mezclan el agua y la nafta en una botella, el vapor de agua y el vapor de la nafta forman una mezcla homogénea de gas. Por el contrario, los dos líquidos quedan separados; cada uno se disuelve poco en el otro. Las propiedades características de los gases son explicables en base a las moléculas individuales que se encuentran relativamente separadas unas de otras. En un líquido, las moléculas individuales se encuentran más cercanas una de la otra. En los líquidos, las moléculas están constantemente en contacto con las moléculas vecinas. Estas moléculas experimentan fuerzas de atracción entre sí y tratan de mantenerse unidas dentro del líquido. Sin embargo, cuando un par de moléculas se acercan mucho, las fuerzas de repulsión evitan que se aproximen demasiado. Estas fuerzas de atracción y repulsión difieren de una sustancia a otra. El resultado es que distintos líquidos se comportan de manera diferente. Por el contrario, las moléculas de un gas están bien separadas y no sufren muchas influencias entre sí. Como veremos en forma más detallada, las moléculas de un gas se encuentran en movimiento constante y chocan con frecuencia. Así en el aire la distancia promedio entre las moléculas es 10 veces el tamaño de las mismas. Cada molécula en este estado tiende a comportarse como si no hubiera otras. El grado relativo de aislamiento de las moléculas hace que los diferentes gases se comporten en forma similar, aún cuando se trate de moléculas diferentes.

Presión y temperatura

Entre las propiedades que se pueden medir con más facilidad en un gas están: la temperatura, el volumen y la presión. Esto no es sorprendente, debido a que muchos de los primeros estudios que se hicieron acerca de los gases fueron para ver las relaciones de estas propiedades.

a) Presión

En términos generales, la presión puede relacionarse con la idea de fuerza, o sea algo que tiende a mover un objeto en una dirección determinada. La presión es, de hecho, la fuerza que actúa sobre un área determinada (P=F/A). Los gases ejercen una presión sobre cualquier superficie con la cual están en contacto; por ejemplo, el gas en un globo inflado ejerce una presión sobre la superficie interna del globo.

Para comprender mejor el concepto de presión y las unidades en las cuales se mide, consideremos un cilindro de aluminio. Debido a la fuerza gravitacional, este cilindro ejerce una presión hacia abajo sobre la superficie en la que se encuentra apoyado. De acuerdo con la segunda ley del movimiento de Newton, la fuerza ejercida por un objeto es el producto de su masa, m, por la aceleración, a: F = m.a. La aceleración debida a la fuerza de gravedad de la Tierra es 9,8 m/seg2, si la masa del cilindro es 1,06 kg; la fuerza con que la Tierra lo atrae es:

(1,06 kg) . (9,8 m/seg2 ) = 10,4 kg.m/seg2 = 10,4 Newton

Un kg.m/seg2 es la unidad de fuerza en el sistema internacional (SI) y se llama Newton, abreviado 1 N = 1 kg.m/seg2 .

Si el área de una sección transversal del cilindro es 7,85.10-3 m2; la presión ejercida por el cilindro es:

La unidad estándar de presión en el SI es N/m2 y recibe el nombre de Pascal (Blas Pascal, 1623-1662, matemático y científico francés): 1 Pa = 1 N/m2 .

En la misma forma que el cilindro de aluminio que hemos utilizado en nuestro ejemplo, la atmósfera terrestre también realiza una presión sobre la tierra mediante la atracción de la gravedad. Una columna de aire con sección transversal de 1 m2 que se extienda por la atmósfera tiene una masa aproximada de 10.000 Kg. y produce una presión resultante de 100 KPa :

Por supuesto, la presión atmosférica real en cualquier punto depende de la altura y las condiciones atmosféricas.

La presión atmosférica puede medirse utilizando un barómetro de mercurio como el que se ilustra en la siguiente figura:

Este aparato está formado por un tubo de vidrio de longitud mayor a 76 cm que se encuentra cerrado en uno de sus extremos. El tubo se llena con mercurio y se invierte sumergiéndolo en un recipiente con este metal. Se debe tener cuidado para que al realizar la operación no entre aire al tubo. Cuando el tubo se invierte de esta manera, parte del mercurio sale del tubo, pero parte permanece dentro de la columna.

La superficie de mercurio que se encuentra fuera del tubo sufre la fuerza completa de la atmósfera terrestre por cada unidad de área. Sin embargo, la atmósfera no está en contacto con la superficie de mercurio dentro del tubo. La atmósfera empuja al mercurio haciendo que suba hasta la presión debida al peso del mercurio se iguale a la presión atmosférica. La presión atmosférica estándar que corresponde a la presión característica al nivel del mar, se define como la presión suficiente para soportar una columna de mercurio de 760 mm. de altura. Esta presión que corresponde a 1,01325 . 105 Pa, se utiliza para definir otra unidad de uso común que es una atmósfera (abreviado atm):

1

...