La ley de gas

Introducción

La ley de gas ideal sólo es precisa para gases con bajos valores de densidad. Para diseñar las plantas de producción que usan gases reales a altas presiones, son necesarias las ecuaciones de estado de los gases reales válidas a elevadas densidades.

Para estudiar los gases reales con mayor exactitud, es necesario modificar la ecuación del gas ideal, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volúmenes moleculares finitos. Este tipo de análisis fue realizado por primera vez por el físico holandés L.D. Van Der Waals en 1973. Además de ser un procedimiento matemático simple, el análisis de van Der Waals proporciona una interpretación del comportamiento del gas real a nivel molecular.

La licuefacción de los gases fue descubierta en 1823 por Michael Faraday aunque fue el físico Andrews, en 1867, quien llevó a cabo las primeras experiencias relativas a la licuefacción de los gases. Andrews estudió las condiciones de licuefacción del dióxido de carbono y estableció las isotermas de este gas.

La licuefacción de gases tiene por fin reducir el espacio de almacenamiento y los costes de transporte, la producción de temperaturas extraordinariamente bajas para procesos especiales y la separación de mezclas gaseosas en sus componentes puros por destilación fraccionada de la mezcla líquida.

A bajas temperaturas las moléculas de un gas real se mueven tan lentamente que las atracciones intermoleculares condicionan que una molécula sea capturada por otras y se adhiera a ellas en lugar de moverse libremente. Cuando la temperatura disminuye por debajo del punto de ebullición de la sustancia, el gas se condensa a un líquido. A esta temperatura, y a temperaturas inferiores, las moléculas se mueven demasiado lentamente como para escapar unas de otras.

Los gases también pueden ser licuados por medio de la relación entre la temperatura y la velocidad molecular. Como una velocidad media menor corresponde a una temperatura más baja, el enlentecimiento de las moléculas es equivalente al enfriamiento del gas.

Condiciones críticas

Para que un gas licué es necesario que la fuerza de cohesión entre sus moléculas sea suficiente para frenar la velocidad de las mismas hasta llegar a impedir su libre movimiento. Disminuyendo su temperatura siempre es posible licuar el gas, ya que progresivamente se reduce la energía cinética media de las moléculas, es decir su movimiento, hasta que las débiles fuerzas de atracción prevalecen sobre la tendencia a la dispersión provocada por la velocidad. Las fuerzas de atracción entre moléculas se hacen más acusadas cuanto menor sea la distancia media entre ellas. De acuerdo con esto, un aumento de presión, que provoca un acercamiento entre moléculas, puede llegar a ocasionar la licuación del gas siempre que las fuerza atractivas alcancen la intensidad necesaria para detener el movimiento de las partículas.

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