Gases

Te explicamos qué son los gases, cómo se clasifican y las propiedades que presentan. Además, cuáles son sus características y ejemplos.

¿Qué son los gases?

Con el término gas nos referimos a uno de los tres principales estados de agregación de la materia (junto a los líquidos y los sólidos). Se caracteriza por la dispersión, fluidez y poca atracción entre sus partículas constitutivas.

Los gases son la forma más volátil de la materia en la naturaleza y son sumamente comunes en la vida cotidiana. Así, cuando una sustancia se encuentra en estado gaseoso solemos llamarla gas.

Las sustancias líquidas o sólidas pueden ser transformadas en gas utilizando diferentes procesos. Esta transformación implica un cambio en las propiedades físicas de las sustancias, como su estado de agregación. Sin embargo no cambian sus propiedades químicas, pues las sustancias siguen teniendo la misma estructura química, es decir, no ocurren rupturas de enlaces químicos ni se generan nuevas sustancias.

Los gases se encuentran en todas partes: desde la masa heterogénea de gases que llamamos atmósfera y que respiramos como aire, hasta los gases que se generan dentro del intestino, producto de la digestión y descomposición, hasta los gases inflamables con que alimentamos nuestras cocinas y hornos.

Ver además: Estados de agregación

Historia de los gases

La palabra gas fue inventada en el siglo XVII por el científico flamenco Jan Baptista van Helmont, a partir del término latino chaos (“caos”).

Eligió el nombre por el aparente grado de desorden que exhiben las moléculas de un gas. También se conocía a este estado como “estado aeriforme”, pero este término quedó en desuso.

Las primeras leyes sobre el comportamiento de los gases fueron consecuencia de su estudio intensivo a finales del mismo siglo, en especial de sus relaciones entre presión, temperatura y volumen.

Esto condujo a Émile Clapeyron a formular la ley ideal para todos los gases (“Ley de los gases ideales”) en 1834.

Gas ideal y gas real

Un gas ideal es un modelo de gas creado por el ser humano, y que no tiene interacciones entre las partículas que lo forman, es decir, que no tienen atracción ni repulsión entre ellas. Por otro lado, un gas real sí presenta estas interacciones.

Cuanto más simple sea la fórmula química de un gas real y menor sea su reactividad, más se puede asemejar a uno ideal. Así, los gases monoatómicos, por ejemplo, el helio (He), son los que se comportan de modo más similar a los gases ideales.

Más en: Gases ideales

Leyes de los gases

Una de las leyes más utilizadas para describir el comportamiento de los gases es la Ley de los gases ideales que, a su vez, puede comprenderse como la combinación de otras leyes:

• Ley de Boyle-Mariotte. Determina que el volumen de un gas varía de forma inversamente proporcional a la presión absoluta del recipiente donde está contenido, si la temperatura permanece constante. Se expresa según la ecuación:
  
• Ley de Gay-Lussac. Explica que la presión de una masa de gas cuyo volumen se mantiene constante es directamente proporcional a la temperatura (expresada en grados kelvin) que posea. Esto se representa de la siguiente manera:
  
• Ley de Charles. Expresa que la temperatura y el volumen de un gas son directamente proporcionales cuando la presión es constante. Esta ley se representa mediante la siguiente ecuación:
  
  En todos los casos casos anteriores V₁, P₁ y T₁ son el volumen, la presión y la temperatura inicial. Mientras que V₂, P₂ y T₂ son el volumen, la presión y la temperatura final.
• Ley de Avogadro. Expresa que en iguales condiciones de presión y temperatura, volúmenes de distintos compuestos gaseosos contienen el mismo número de partículas.
• Ley de los Gases Ideales. De la combinación de las leyes anteriores se obtiene la Ley de los gases ideales, cuya ecuación se representa de la siguiente forma:
  
  Donde P, V y T son la presión, el volumen y la temperatura. Mientras que n es el número de moles del gas y R es la constante de los gases ideales cuyo valor es 8.31451 J/molK.

Tipos de gases

Los gases pueden clasificarse según su naturaleza química en:

• Combustibles o inflamables. Aquellos que pueden arder, esto es, generar reacciones explosivas o exotérmicas en presencia del oxígeno u otros oxidantes.
• Corrosivos. Aquellos que, al entrar en contacto con otras sustancias, las someten a procesos de reducción u oxidación intensos, generando daños en su superficie o heridas en caso de ser materia orgánica.
• Comburentes. Aquellos que permiten mantener viva una llama o una reacción inflamable, ya que inducen la combustión en otras sustancias.
• Tóxicos. Aquellos que representan un peligro para la salud por las reacciones que introducen en el cuerpo de los seres vivos, como los gases radiactivos.
• Inertes o nobles. Aquellos que presentan poca o nula reactividad, excepto en situaciones y condiciones determinadas.

Propiedades de los gases

Los gases presentan las siguientes propiedades:

• No tienen volumen propio. Ocupan el volumen del contenedor en el que se encuentren.
• No tienen forma propia. También asumen la de su contenedor.
• Pueden dilatarse y contraerse. Al igual que los sólidos y los líquidos, los gases se dilatan si se les aumenta su temperatura, y se contraen si se enfrían.
• Tienen gran fluidez. Los gases fluyen mucho más que los líquidos debido a que sus partículas tienen menor interacción. Pueden fácilmente desplazarse a través de un orificio de un recipiente a otro.
• Tienen alta difusión. Los gases pueden mezclarse fácilmente entre sí debido al gran movimiento que tienen sus partículas.
• Solubilidad. Los gases pueden ser solubles en agua o en otros líquidos.
• Se pueden comprimir. Aplicando presión a un gas, se puede lograr que sus partículas estén más juntas, es decir, se comprime el gas.

Cambios de estados de los gases

• Sublimación. Es un proceso físico de cambio de fase, que permite convertir un sólido en un gas directamente, sin pasar primero por una etapa líquida. Este proceso es poco común y suele involucrar condiciones puntuales de presión y de temperatura. Podemos observarlo en el hielo seco (o hielo de ) a temperatura ambiente: el bloque sólido desprende un leve vapor que es la sustancia recuperando su estado gaseoso original.
• Ebullición. Es el proceso mediante el cual un líquido se transforma en gas. Ocurre cuando toda la masa del líquido se calienta a una temperatura igual a su punto de ebullición.
• Evaporación. Es un proceso de cambio de fase sumamente común, que conduce a un líquido a convertirse en gas cuando se aumenta la temperatura del líquido. Ocurre de manera lenta y gradual. La ponemos en práctica por ejemplo, en la ducha cuando el agua muy caliente se convierte en vapor observable como una nube blanquecina.
• Condensación. Es el proceso opuesto a la evaporación, esto es, un proceso de cambio de fase que conduce del estado gaseoso al líquido, debido a la pérdida de energía calórica. Esta energía perdida hace que las partículas del gas vibren más despacio, lo que les permite aproximarse e interactuar más estrechamente, como ocurre sobre un vidrio frío en día lluvioso, o sobre las plantas y otras superficies con el rocío.

• Sublimación inversa. Es el camino opuesto de la sublimación, o sea, el paso del estado gaseoso al estado sólido sin pasar primero por un momento de liquidez. Este proceso requiere de condiciones de presión y temperatura muy específicas.

Plasma

El estado plasmático de la materia es considerado un cuarto estado de agregación, pero presenta enormes semejanzas con el estado gaseoso, ya que básicamente se trata de un gas ionizado, es decir, un gas cuyas partículas han perdido electrones y han adquirido una carga electromagnética determinada. Existen plasmas fríos, como el empleado en las lámparas de “lava”, o plasmas calientes, como el fuego que rodea al Sol.

Ejemplos de gases

Algunos ejemplos de gases son:

• Hidrógeno (H₂). Es el gas diatómico más común del universo entero.
• Helio (He). Insípido, incoloro e inerte, es el menos soluble en agua de todos los gases.
• Metano (CH₄). Es un hidrocarburo gaseoso de olor desagradable que se obtiene como producto de la descomposición de la materia orgánica.
• Aire. Es la mezcla heterogénea de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, argón y otros gases que respiramos los seres vivos.

Sigue con: Gases nobles

Referencias

• “Gas” https://es.wikipedia.org/
• “Los gases y sus características” https://quimica.laguia2000.com/
• “Propiedades de los gases” https://www.portaleducativo.net/
• “Conceito e características dos gases” https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/
• “Gas (state of matter)” https://www.britannica.com/
• “Las propiedades de los gases y la vida cotidiana” en la Academia de las Ciencias de la Región de Murcia. https://www.um.es/