Temperatura de un gas

 [Química de gases] Sección 2 

            [La temperatura y su medición] 

            [Como medir el volumen de un gas]

            [Los termómetros] 

Temperatura es una propiedad física que, desde una perspectiva macroscópica, indica cuán caliente o frío está un cuerpo y determina el flujo de calor entre dos sistemas en contacto. A nivel cotidiano, se mide con instrumentos como el termómetro y se expresa en unidades como grados Celsius o kelvins.

Desde una visión microscópica, la temperatura refleja el grado de agitación o movimiento interno de las partículas que constituyen la materia. A mayor temperatura, mayor es el movimiento desordenado de las partículas. Así, la temperatura no solo es un indicador externo del estado térmico, sino también una manifestación interna del comportamiento dinámico de los átomos y moléculas dentro de un sistema.

Figura 1. La temperatura refleja la energía cinética de las moléculas en traslación (A) y rotación (B). No todas poseen la misma energía, pero la mayoría se concentra en un promedio, definido como temperatura molar. Al aumentar la temperatura, las moléculas se mueven y giran más rápido, generando colisiones más intensas que incrementan la presión o expanden el volumen del sistema.

Sistemas de medición

El instrumento que mide la temperatura se llama termómetro, y este permite inferir el movimiento cinético promedio de las partículas de un sistema, aunque lo hace de manera indirecta. Los termómetros han evolucionado considerablemente a lo largo de los años, utilizando diferentes principios físicos y dando lugar a diversas escalas de medición, como se explica en la sección correspondiente. Sin embargo, en la práctica, solo tres escalas son de uso común.

Figura 2. El texto explica que la temperatura mide la energía cinética promedio de las moléculas. Estas vibran, rotan y se trasladan, moviéndose más rápido cuando la temperatura aumenta. A nivel microscópico, el calor es la transferencia de energía entre partículas. Así, la temperatura conecta la visión macroscópica de un termómetro con la microscópica, donde los átomos y moléculas en constante movimiento determinan las propiedades físicas de la materia.

La primera es la escala Celsius (o más precisamente, la nueva escala Celsius, una versión refinada de la original). Esta se basa en las propiedades térmicas del agua pura, estableciendo el punto de congelación en 0 °C y el punto de ebullición en 100 °C a una atmósfera de presión.

La segunda es la escala Fahrenheit, una escala del sistema imperial que aún se utiliza principalmente en Estados Unidos. Fue desarrollada usando una mezcla de alcohol y salmuera como sustancia de referencia, y fija el punto de congelación del agua en 32 °F y su ebullición en 212 °F, lo que da lugar a divisiones más finas por grado que la escala Celsius.

Finalmente, está la escala Kelvin, también conocida como la escala absoluta de temperatura. Esta comienza en el cero absoluto, que representa el punto teórico en el que las partículas dejan de moverse por completo. A diferencia de las otras dos, no tiene valores negativos y es la escala preferida en la ciencia, especialmente en física y química, por estar directamente relacionada con las leyes termodinámicas.

Conversiones

Las conversiones entre unidades de temperatura pueden resultar complejas, ya que el manejo constante de unidades puede ser engorroso en algunos contextos. Para simplificar este proceso, seguiremos el algoritmo Clausius-Clapeyron-Ragnault, el cual permite, por comodidad didáctica, omitir temporalmente las unidades durante la resolución de fórmulas de conversión, siempre y cuando se comprendan e interpreten correctamente al final del cálculo.

La conversión más común es la que ocurre entre la escala Kelvin y la escala Celsius (también llamada centígrada), en la que simplemente se suma o resta 273.15, ya que ambas escalas tienen la misma magnitud de intervalo entre grados, pero difieren en su punto de inicio.

[1-6] Fórmulas de conversión de temperatura, ingrese la temperatura sin su unidad al interior del paréntesis. Para ampliar la imagen pulse aquí.

[Ejercicios resueltos de conversión de temperatura]

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

Matamala, M., & González Tejerina, P. (1975). Química (1ª ed.). Bogotá: Ediciones Cultural.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.