La palabra gas fue propuesta por el el científico Jan Baptista Van Helmont en la primera mitad del siglo XVII. Deriva del vocablo latín chaos que significa "sustancia sutil". Sin embargo, se seguía utilizando "aire" para aquello que se desprendía o era volátil.
Un gas es un estado de agregación de la materia que presenta ciertas características que los identifican. En la naturaleza los podemos encontrar de forma libre la siguiente imagen muestra los elementos que son gases en condiciones atmosféricas normales. Nótese que el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor y cloro existen como moléculas gaseosas diatómicas H2, N2, O2, F2 y Cl2.
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| Ubicación de los elementos gaseosos en la tabla periódica |
Un alótropo del oxígeno, el ozono (O3), es también un gas a temperatura ambiente. Todos los elementos del grupo 8A, los gases nobles, son gases monoatómicos: He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn (helio, neón, argón, xenón y radón).
Existen otros gases que forman compuestos como ácido sulfhídrico (H2S) y el ácido cianhídrico (HCN) que son venenos mortales. Algunos otros, como monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3) y dióxido de azufre (SO2) son menos tóxicos. Los gases He, Ne y Ar son químicamente inertes; esto es, no reaccionan con ninguna otra sustancia. La mayoría de los gases son incoloros, pero otros tienen lindos colores.
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| Color de algunos gases y otros gases |
Sabemos de ordinario que toda materia está constituida por partículas y que son estas las que originan el estado en el que se formarán. Así pues, en un gas sus partículas están muy separadas por lo que sus fuerzas de cohesión son prácticamente nulas y su energía cinética es elevada. No así en los sólidos y líquidos:
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| Partículas separadas en un gas |
Los gases no tienen volumen definido, por lo que tienden a ocupar todo el recipiente que los contienen. De la misma manera, no tienen forma específica y toman la forma del recipiente que los contiene.
Los gases son elásticos, es decir, pueden comprimirse o expandirse, por lo que ejercen una presión sobre las paredes del recipiente que los contiene.
Los gases tienen densidades bajas y se difunden fácilmente, es decir, se mezclan unos con otros.
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| Las partículas azules se mezclan con las partículas rojas = difusión de los gases |
En 1738, Bernoulli propuso una teoría, conocida como Teoría cinética molecular, para explicar el comportamiento del estado gaseoso. Los principales postulados son:
- Un gas está formado por moléculas que están separadas entre sí por distancias grandes, mucho mayores que sus propias dimensiones. Se puede considerar a las moléculas como "puntos"; esto es, poseen masa pero tienen un volumen despreciable.
- Las moléculas de los gases están en constante movimiento aleatorio en todas direcciones y frecuentemente chocan unas con otras. Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas. A pesar de que se puede transferir la energía de una molécula a otra como resultado de las colisiones, la energía total del conjunto de moléculas del sistema permanece constante.
- Las moléculas de los gases no ejercen entre sí fuerzas de atracción ni de repulsión.
- La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas en kelvins. Dos gases cualesquiera que sean a la misma temperatura tendrán la misma energía cinética promedio. La energía cinética promedio de una molécula está dada por:
donde m es la masa de la molécula y u su velocidad. La barra horizontal denota valor promedio. La cantidad
se denomina velocidad cuadrática media; es el promedio de los cuadrados de las velocidades de todas las moléculas:
donde N es el número total de moléculas presente.
Para poder estudiar el comportamiento de los gases es necesario conocer las magnitudes fundamentales que están involucradas en él:
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