Estado gaseoso

Las partículas que forman los gases tienen libertad de movimiento debido a la existencia de grandes espacios intermoleculares y tienden a ocupar el máximo volumen. En su movimiento chocan elásticamente entre ellas y con las paredes del recipiente que las contiene, provocando la presión gaseosa. Al aumentar la presión exterior disminuyen sus distancias relativas y el gas se comprime. Al aportar calor se produce un aumento en la velocidad media de las moléculas que eleva la presión del gas (aumenta la agitación molecular y los choques contra las paredes del recipiente son más violentos). En esencia, estas ideas constituyen la llamada teoría cinética de los gases. Las condiciones en las que se halla un gas quedan definidas por la presión que ejerce, por el volumen que ocupa y la temperatura a que se encuentra (P, V, T). Estas variables se llaman funciones de estado porque tienen un valor preciso para cada estado del gas.

Ley de Boyle-Mariotte

En 1662, el químico británico Robert Boyle (1627-1691) descubrió experimentalmente que la compresibilidad del aire es inversamente proporcional a la presión que se ejerce sobre él. Concluyó que, así como las espiras de un muelle que se comprime se aproximan unas a otras, el aire debía de estar Tomado por pequeñas partículas, muy separadas, de manera que la compresión consistía en aproximar éstas entre sí. Unos quince años después, el físico francés Edmé Mariotte (1620-1684) descubrió que el aire se expandía al aumentar la temperatura y que se comprimía al disminuirla. La relación inversa entre el volumen y la presión de un gas, observada por Boyle, sólo era válida si se mantenía constante la temperatura. Estos resultados se generalizaron en la ley que lleva el nombre de estos dos investigadores: A temperatura constante, los volúmenes ocupados por una misma masa de gas son inversamente proporcionales a las presiones que soportan. La expresión matemática de este enunciado es P • V = K, donde K es una constante para cada temperatura.

Leyes de Charles y Gay-Lussac

En 1787, el físico francés Jacques-Alexandre Charles (1746-1823) demostró que los gases se expandían de igual modo con un mismo aumento de la temperatura. Llegó a determinar que, a presión constante, el volumen de un gas aumentaba o disminuía en 1/273 partes del volumen inicial, por cada grado centígrado que aumentaba o disminuía la temperatura. Pero, al no divulgar sus observaciones, Fueron redescubiertas por su compatriota Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850), quien las publicaría en el año 1802. Este descubrimiento ate esencial para que Avogadro enunciara la hipótesis de que gases distintos en las mismas condiciones de presión, volumen y temperatura debían de tener el mismo número de moléculas. Análogamente, el aumento o la disminución de presión de un gas, a volumen constante, aumenta o disminuye en 1/273 partes de la presión inicial, por cada grado que aumenta o disminuye e la temperatura. Hoy se sabe que el valor exacto del coeficiente de dilatación es 1/273,15. Sin embargo, este número no es igualmente válido para todos los gases, del mismo modo que la ley de Boylc-Mariotte no se cumple escrupulosamente para cualquier gas. Se llama gas ideal al que se comporta fielmente de acuerdo con las leyes de Boyle-Mariotte y (le Charles-Gay-Lussac).

Temperatura absoluta

En 1848, con estos resultados, a los que ya se había dado un sencillo tratamiento matemático, lord William Thomson Kelvin (1824-1907) llegaría a sugerir que la energía de movimiento de las moléculas gaseosas era cero a la temperatura de -273 °C. Si esta propuesta era válida para los gases, con gran libertad de movimiento molecular, debía servir también para los demás cuerpos, con menor energía cinética de las partículas constituyentes. El límite de la temperatura más baja que puede alcanzarse se encuentra precisamente en este valor, y ello permitió proponer una escala absoluta de temperaturas, la escala Kelvin. Actualmente se toma como valor del cero absoluto de temperatura -273,16 °C debido a que, por razones de reproductibilidad, se cambió el punto de congelación del agua —0 °C—por el punto triple del agua, 0,016 °C. Los grados centígrados y los kelvin se relacionan mediante la expresión: T (°K) = t (°C) + 273,16.

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