ESTADO GASEOSO

 

LOS GASES QUE NOS RODEAN, ¿EXISTEN?

 

·         El comportamiento de los gases obedecen a las características y propiedades que fueron estudiadas por diferentes personajes desde los antiguos griegos.

·         La palabra gas fue inventada en el siglo XVII por el científico flamenco Jan Baptista van Helmont.

·         Muchos científicos de la época comenzaron a estudiar las propiedades físicas de los gases. Se estableció que tenían masa (antes suponían que no) como el resto de los materiales y se inició el estudio de la «química neumática».

·         El físico y matemático italiano Evangelista Torricelli demostró que el aire ejercía presión sobre una columna de mercurio e inventó el barómetro. De esta manera se establecieron empíricamente las leyes de los gases que relacionan las distintas variables que los caracterizan (temperatura, volumen, presión y cantidad de gas).

·         En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.

·         Émile Clapeyron  formuló la ley ideal para todos los gases (“Ley de los gases ideales”) en 1834.

·         Finalmente, los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular. La teoría cinética fue enunciada para justificar las propiedades y el comportamiento de los gases, aunque posteriormente se extendió también a los líquidos y los sólidos. Se basa en una serie de afirmaciones y postulados que se consideran válidos por que explican los hechos experimentalmente observados.

Estos postulados son los siguientes:

POSTULADOS	ILUSTRACIÓN
1. Los gases están constituidas por partículas pequeñísimas, independientes, y que se mueven continuamente en movimiento aleatorio y en línea recta, siempre y cuando no choquen entre ellas o con las paredes del recipiente.
2. El volumen de las partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gas.
3. Entre las partículas no existen fuerzas atractivas ni repulsivas, choques elásticos
4. Los choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, también conservan su cantidad de movimiento.
5. La Ec media de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta del gas: La temperatura del gas viene determinada por la energía cinética que poseen las partículas y es mayor cuando mayor sea la velocidad media de estas.

     Concepto de gas: Se denomina gas al estado de agregación de la materia compuesto principalmente por moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, lo que hace que los gases no tengan volumen y forma definida, y se expandan libremente hasta llenar el recipiente que los contiene.

En algunos diccionarios el término gas es considerado como sinónimo de vapor, aunque no hay que confundir sus conceptos: vapor se refiere estrictamente a aquel gas que se puede condensar por presurización a temperatura constante.

Para poder percibir el olor de un material, éste tiene que llegar en forma de gas a las fosas nasales; otros gases se reconocen por el color, por ejemplo, los vapores de yodo. Sin embargo, los gases más conocidos como: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y el dióxido de carbono son incoloros e inodoros.

Propiedades de los gases

Cuando se comparan entre sí las propiedades de las sustancias gaseosas conocidas, se llegan a establecer las más comunes que son las siguientes:

- Expansibilidad: Propiedad que les permite ocupar todo el volumen que hay disponible. Un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene debido a la alta energía cinética traslacional de las moléculas.

- Compresibilidad: Posibilidad de ocupar un volumen mínimo al hacer fuerza sobre ellos, es posible así acercar más las partículas de tal manera que el volumen del gas sea menor. Esta propiedad de los gases se explica debido a la existencia de grandes espacios intermoleculares.

- Difusión: Mezclarse completamente entre ellos. (Esta implicada en el aire, en la propagación de Los olores por el aire, etc.) .

- Efusión: Consiste en la salida de moléculas gaseosas a través de pequeñas aberturas u orificios practicados en la pared del recipiente que contiene el gas. Por ejemplo un neumático se desinfla cuando el aire comprimido se efunde a través de un orificio causado por un clavo u otro objeto similar.

-Mayor volumen: Las partículas del gas están separadas y no hay fuerza de atracción entre ellas.

-Baja densidad: Si hay pocas partículas por unidad de volumen, hay poca masa por unidad de volumen.

-Los gases ejercen presión: Las partículas  de un gas se mueven constantemente y en todas direcciones de manera infinita hasta llenar el recipiente que las contiene. Ellas colisionan unas con otras y con el recipiente, aplicando una fuerza sobre un área determinada, o sea ejercen presión

Según la Teoría Cinética, las partículas en estado gaseoso se mueven con total libertad y tiende a expandirse, por lo que es difícil medir la cantidad de un gas. Para solucionar este problema los científicos recurren a tres variables macroscópicas (volumen, temperatura y presión) que se pueden relacionar con variables submicroscópicas  ( el número de choques de las partículas y la velocidad de estas). Veamos estos conceptos:  

VARIABLES DE ESTADO	UNIDADES	EQUIVALENCIAS
PRESIÓN: (P) Según la  teoría cinética indica el número de choques por unidad de tiempo de las partículas del gas con las paredes del recipiente.	Pa (S. I.), atm, mm Hg (Torr) lb/plg2 (psie) (S. Inglés)	1 atm = 101 300 Pa 1 atm = 760 mm Hg (Torr) 1 atm = 14,7 lb/plg2 (Psies)
VOLUMEN: (V) Es el espacio que ocupan las partículas del gas. Como el gas tiende a expandirse, el volumen será el mismo del recipiente	m3 , L	1 m3 = 1000 L 1 L = 1000 mL
TEMPERATURA: (T) Según la teoría cinética, la temperatura mide la velocidad de las partículas del gas.	K, ºC	T (K) = º C +273
NÚMERO DE MOLES: (n)	Mol	mol

 

Termómetro Celsius-Kelvin. Pixabay                 Manómetro    y          Barómetro

 

 

 

 

 

Leyes de los gases

Los científicos para estudiar los gases se centraron en estas tres magnitudes, dejaron una fija y vieron como se relacionaban las otras dos. Esta investigación por parte de los científicos dio lugar a las leyes de los gases

¿Qué es un gas ideal?

Para poder aplicar las leyes de los gases se debe definir qué es un gas ideal. Un gas ideal es un gas teórico compuesto de partículas que se mueven al azar y que no interactúan entre ellas. Los gases en general se comportan de manera ideal cuando se encuentran a altas temperaturas y bajas presiones. Esto es debido a la disminución de las fuerzas intermoleculares.

Cuando un gas se encuentra a muy baja temperatura y/o bajo condiciones de presión extremadamente altas ya no se comporta de forma ideal. Bajo estas condiciones las leyes de los gases no se cumplen.

Condiciones estándar

Nos referimos a condiciones estándar cuando una sustancia se encuentra a 1 atm de presión y 273 K de temperatura (es decir, 0ºC) tiene un volumen de 22,4 L por mol de sustancia.                   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Fuente:  ResearchGate, " Filatelia y Didáctica de la Química: un  ejemplo con los Gases  Ideales

	LEY DE GRAHAM

 

                 

 

 

                  Thomas Graham químico británico

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA QUÍMICA

La Química ocupa un puesto importante en el avance de la ciencia y la tecnología, gracias al proceso evolutivo del conocimiento humano el cual ha permitido dividir su evolución histórica en cuatro etapas; a saber:

1-Prehistoria hasta comienzos de la era cristiana:

·         El hombre conoce el fuego y se hace sedentario. Luego lo utiliza para cocer alimentos, fabricar armas para su defensa y cacería, elaborar instrumentos de alfarería y trabajo diario.

·         Moldea metales. Hace aproximadamente 3000 años que el hombre empezó a trabajar los metales la cual es la actividad más cercana a lo que es hoy la Química moderna y se conoce como metalurgia.

·         Los chinos (2200 A.C.). Sostuvieron que la materia estaba compuesta de madera, tierra, aire y fuego. Crearon la pólvora

·         Los griegos. Se destacaron grandes figuras como:

o   Thales de Mileto : iniciador de la química quien sugirió que los cambios químicos eran cambios en el aspecto de los elementos o materiales.

o   Demócrito de Abdera: proclamó que el átomo es la unidad más simple de la materia.

o   Aristóteles: declara la existencia de los cuatro elementos que según él componían la materia  fuego, aire, agua, tierra y que resultaban de la combinación de dos de las cuatro propiedades fundamentales: caliente, húmedo, seco y frío.

·         Los egipcios. Para el siglo III A.C. fabricaban y procesaban otros materiales además de los metales como el vidrio, pinturas y perfumes y habían desarrollado técnicas de teñido de telas. El término química se derivó de la palabra khemeia, que algunos creen se refiere al nombre de Egipto o sea Kham.

·         Los árabes. Practicaron la khemeia por la influencia china. La palabra khemeia se transformó en “al-kimiya” en árabe y más tarde en alquimia, en español. Sostuvieron la idea de que los metales se producen  por la combinación de azufre y mercurio.

2-La Alquimia hasta finales del siglo XVII: La Alquimia fue la búsqueda de métodos para prolongar la vida y convertir los metales en oro a partir de la transformación de la materia la cual involucraba magia, procesos complejos, misterios y engaños. La sustancia usada por los alquimistas para convertir los metales en oro fue la “piedra filosofal” a la que llamaron también “elixir de la vida”. Los alquimistas dejaron técnicas y aparatos como: la fusión, calcinación, disolución, filtración, sublimación y destilación que hoy en día se han perfeccionado y algunas se utilizan como técnicas de separación.

   Para los siglos XIII y XV el Papa Juan XXII publicó un edicto en contra de la producción de oro, pero el negocio continuó. Los árabes se dedicaron a la Yatroquímica (química con fines médicos) y el primer Químico-médico fue Theophrastus Bombastus Paracelso (1493-1541) quien pensó que el mercurio, la sal y el azufre podían curar a las personas.

 3-Química tradicional hasta mediados del siglo XIX. Se prueban las teorías con experimentos.  El tema principal de esta etapa fue el comportamiento de los gases y uno de los fenómenos que más llamaba la atención fue la combustión.

  Los químicos alemanes Ernest Stahl y Johann Becher a finales del siglo XVII desarrollaron la teoría del flogisto del griego phlogistos (inflamable) la cual decía: “todo material inflamable contenían flogisto y que éste se escapaba hacia el aire durante la combustión dejando atrás cenizas u óxidos”

   Joseph Priestley descubrió un gas al que llamó aire sin flogisto. Los trabajos de Antoine Lavoisier (1743-1794) eliminaron la teoría del flogisto. Él llamó al aire sin flogisto oxígeno el cual probó era parte del aire y el que se combinaba con las sustancias al quemarse en una reacción de  combustión; debido a su trabajo se le llamó “el Padre de la Química Moderna” . Los trabajos de Lavoisier también le permitió establecer la Ley de la conservación de la materia: “la materia no se crea ni se destruye; sólo se transforma” y demostró que no era posible convertir el agua en tierra.

4-Química Moderna: desde mediados del siglo XIX hasta el presente.

Los químicos más importantes y sus aportes son

·         John Dalton: Estableció los principios de la Teoría atómica.

·         Amadeo Avogadro: Formuló una teoría que relacionaba las moléculas con la temperatura y la presión; la explicación entre molécula y átomo y el concepto de peso atómico.

·         Claude Berthollet:Investigó sobre el equilibrio químico

·         Dimitri Mendeleyév: Organizó la Tabla Periódica con base a la masa atómica de los elementos.

·         Henri Becquerel y los esposos Curie (Pierre y Marie) descubrieron el fenómeno de la radiactividad. Marie Curie descubrió más adelante el Radio y el Polonio.

·         Alfred Nobel inventó la dinamita

·         Ernest Rutherford y Niels Bohr sentaron las bases de la teoría atómica contemporánea.

·         Gilbert Lewis y Linus Pauling contribuyeron al conocimiento de los enlaces químicos.

·         Albert Einstein y Enrico Fermi contribuyeron al desarrollo de la fusión nuclear.

·         James Watson y Francis Crick propusieron la estructura del ADN.