domingo, 29 de mayo de 2016

1 INTRODUCCIÓN A LOS GASES

El estado gaseoso es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia junto con los estados: líquido, sólido y plasma. Los gases pueden estar formados por átomos individuales como en los gases nobles del grupo 18 de la tabla periódica; o por moléculas de un mismo elemento como el los gases de oxígeno molecular o hidrógeno molecular; o por moléculas de diversos elementos, es decir compuestos como el dióxido de carbono o el vapor de agua. Varios gases de diversas sustancias pueden mezclarse, al igual que dos líquidos de diversas sustancias, formando mezclas heterogéneas u homogéneas dependiendo de las propiedades físicas individuales de cada sustancia gaseosa (Bell, 2005; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci, Harwood, & Herring, 2003; Petrucci, Herring, Madura, & Bissonnette, 2010; Timberlake, 2015)..

La característica principal de todos los gases es lo poco que se atraen o repelen las moléculas o átomos entre sí, lo cual sumado al movimiento aleatorio de las partículas induce a una enorme separación, esta separación usualmente hace que la mayoría de los gases no posean colores distinguibles por el ojo humano, haciéndolos prácticamente invisibles. El estado gaseoso en términos energéticos se ubica entre el líquido y el plasma, de forma tal que al enfriar un gas se torna líquido y al calentar un gas se convierte en plasma (Bell, 2005; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2003, 2010; Timberlake, 2015).

La palabra gas es relativamente nueva en la historia de las ciencias y fue acuñada en el siglo XVII por el filósofo natural J. B. van Helmont quien empleó una transliteración fonética de la palabra griega caos en idioma danés. Una historia alternativa es que se trata de una transliteración de la palabra danesa para fantasma debido a las características aparentemente sobrenaturales de los gases como envenenar, extinguir las llamas o generarse en lugares solitarios y tenebrosos como las minas, las criptas y cementerios (Ducheyne, 2006). 

Debido a que los gases son difíciles de describir físicamente, ellos se estudian indirectamente por medio de propiedades físicas o macroscópicas en condiciones estandarizadas de experimentación o control mecánico como la presión, el volumen, la cantidad de materia, la temperatura y la densidad.
Jean Baptiste van Helmont
Estas propiedades fueron repetidamente caracterizadas por filósofos naturales como Robert Boyle, Jacques Charles, John Dalton, Joseph Gay-Lussac y Amadeo Avogadro en una variedad de situaciones experimentales y diversas formas de medición (Kellogg, 1987). Estos estudios detallados fueron realizados bajo el espíritu Newtoniano, es decir, expresar en términos matemáticos sencillos pero sólidos una serie de fenómenos naturales aparentemente caóticos, lo cual conllevó a una serie de leyes expresadas por ecuaciones simples propias de los ejercicios de lápiz y papel consignados en los libros de texto. Cabe destacar que Boyle fue el primero en describir un fenómeno natural mediante una abstracción matemática, tendencia que sería seguida en la siguiente generación con Newton y Hooke.
Robert Boyle
Las partículas de los gases se encuentran grandemente separadas unas de las otras, y en consecuencia tienen unas interacciones moleculares muy débiles en comparación con los líquidos y los sólidos, pero aun así están presentes. Estas interacciones moleculares son por lo general dipolos inducidos o interacciones de London. El estado gaseoso no tienen interacciones por dipolos estables o interacciones iónicas, pero si se los calienta lo suficiente se ionizan generando dichas interacciones, sin embargo cuando un gas se ioniza pasa a estar en un nuevo estado de la materia llamado plasma (Bell, 2005; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2003, 2010; Timberlake, 2015).

La existencia de las interacciones moleculares es lo que nos permite distinguir entre los gases ideales y los gases reales. Cuando trabajas con los gases ideales puedes omitir las interacciones moleculares y tratar todas las partículas como si se trataran del mismo elemento ideal; pero cuando quieres trabajar con un gas real debes entender el efecto de sus interacciones moleculares particulares, las cuales son diferentes de otros gases, en consecuencia los gases reales tienen identidades individuales y para trabajar con ellos es necesario consultar tablas que indican el efecto de sus interacciones moleculares (Bell, 2005; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2003, 2010; Timberlake, 2015).

Sin importar sus interacciones los gases tienden a separarse en base a movimientos aleatorios dictados por la energía del sistema “temperatura” de forma tal que tiende a dispersarse de forma homogénea en un volumen determinado con otros gases.


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