¿Qué es el estado gaseoso ? ¿Qué características tiene el estado gaseoso?
Todo lo que nos rodea, el Universo y la ¨Tierra está formado por materia, que puede presentarse en tres estados: sólido, líquido y gas. Son los tres estados clásicos de agregación, aunque se han descubierto otros nuevos estados de la materia como el plasma, Bose- Einstein…
Los gases se encuentran en todas partes, desde atmósfera, en el aire que respiramos, los gases que se generan en el intestino como resultado de la digestión, hasta los gases que se generan con la combustión. Explicamos qué es el estado gaseoso, sus características, tipos de gases los cambios de estado desde el estado gas a otros estados y viceversa y ejemplos de materia en estado gaseoso.
¿Qué es el estado gaseoso?
El gas, del latín chaos ( caos ) o estado gaseoso es un estado de agregación en los que se presenta la materia, junto a otros estados: líquido, sólido, plasmático, Bose- Einstein… Estas formas en las que encontramos la materia se denominan estados de agregación . El estado gaseoso es un estado de agregación de la materia, en el cual, las moléculas interactúan débilmente bajo ciertas condiciones de presión y temperatura.
Los gases tienen forma variable y volumen variable. Las partículas de un gas se encuentran a grandes distancias y por tanto, las fuerzas que las unen son muy débiles y las interacciones se consideran nulas. Los gases toman la forma y volumen del recipiente que los contiene.
Debido a la poca interacción entre ellas ,las partículas de un gas se mueven en todas las direcciones, libremente, chocando entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene (generando la presión del gas), y el aumento de temperatura, aumenta los choques y la velocidad de las partículas.
Características físicas de los gases
En el estado gaseoso, la energía que tienen los átomos y moléculas y que les separa, sobrepasa la fuerza de atracción entre las mismas. Así podemos hablar de una serie de propiedades físicas características de los gases:
- Los gases tienen menos partículas que los sólidos y líquidos.
- Los gases no tienen forma ni volumen definido, por lo que tienden a ocupar el volumen del espacio en el que se encuentran.
- Las propiedades físicas de un gas (color, olor y sabor) pueden variar según los elementos que lo forman o están disueltos en él. Por ejemplo hidrocarburos como el butano o metano poseen un olor típico y desagradable y a veces tienen color. Otros gases son incoloros, inodoros e insípidos, tal es el caso del aire.
- Las partículas en un gas están en movimiento continuo y desordenado, a gran velocidad , cambiando de dirección y chocando de forma caótica.
- Las partículas de un gas están situadas a grandes distancias y muy separadas, por lo que hay poca interacción entre ellas. Esto es la causa de que se encuentren suspendidos (parece que flotan) y con poca influencia gravitatoria.
- Los gases pueden ser más o menos densos que el aire (según su naturaleza), es decir, pueden elevarse o descender cuando son liberados a la atmósfera.
- Gran capacidad de compresión. Los gases ocupan todo el espacio disponible y pueden así mismo ser comprimidos hasta adoptar la forma del recipiente que los contiene. Esa capacidad es muy útil para su transporte y distribución.
Diferencia entre gas y vapor
- Los gases son fluidos, al igual que los líquidos, y pueden desplazarse de un recipiente a otro. Así mismo se difunden con rapidez en el vacío o entre otros gases.
- El vapor es un gas que cuando se comprime lo suficiente a temperatura constrante se transforma en líquido. El gas, por el contrario, no puede transformarse en líquido en esas condiciones.
Tipos de gases
Los gases pueden clasificarse según su naturaleza química en:
- Combustibles o inflamables. Son los que pueden arder, es decir, generar reacciones explosivas ( exotérmicas) en presencia de oxígeno.
- Comburentes. Aquellos que permiten mantener una reacción inflamable o una llama encendida, ya que inducen a la combustión en otras sutancias.
- Corrosivos. Si al entrar en contacto con otras sustancias, las someten a procesos de reducción u oxidación intensos, produciendo daños en superficies, o causando heridas en caso de ser tejidos animales u orgánicos.
- Tóxicos. Aquellos que resultan peligrosos para la salud por las reacciones que producen en el cuerpo de los seres vivos, tal es el caso de los gases radiactivos.
- Nobles o inertes. Son los que por tener capa cerrada son poco reactivos, excepto en situaciones extremas y bajo condiciones determinadas.
- Ideales. Son un concepto abstracto o ideal de gases como lo indica la palabra, de cómo tendrían que comportarse los gases.
Procesos de cambio de estado en gases
Hay varios procesos de cambio de estado en los que se ven involucrados los gases:
Cambio de estado de líquido a gas
Cuando en un líquido se vencen las fuerzas de cohesión, se produce el cambio de estado, pudiéndose convertir en un gas, por medido de la vaporización , que es un proceso físico en el que se produce el paso de líquido a gas. Se trata de un proceso endotérmico (absorbe energía) que necesita un aporte de calor. Ejemplo: paso de agua líquida al estado de vapor…
- Ebullición: el proceso de ebullición consiste en el paso de la fase líquida a la fase gaseosa aportando calor. Cuando calentamos un líquido , en este proceso de calentamiento, llega un momento en que la temperatura deja de elevarse y permanece constante, esa es la temperatura de ebullición. Esa es la temperatura a la que se produce el cambio de estado.
- Evaporación: es el paso de líquido a gas y ocurre cuando un líquido se evapora de manera natural sin necesidad de aportar calor o cambiar sus condiciones
Cambio de estado de sólido a gas
- Sublimación o sublimación progresiva. Es el paso del estado de sólido a gaseoso sin pasar por el estado líquido. Este proceso ocurre cuando las moléculas que componen el sólido adquieren la energía suficiente para vencer las fuerzas de atracción que las mantienen unidas entre ellas y logran escapar al estado gaseoso.
Cambio de estado de gas a sólido
- Sublimación inversa. Conocida también como desublimación, sublimación regresiva o deposición, es un fenómeno mediante el cual la materia en estado gaseoso pasa al estado sólido, sin pasar primero por el estado líquido. En este proceso, las partículas gaseosas al enfriarse pierden energía cinética y se van agregando unas a otras y ordenando hasta conseguir el estado sólido. El resultado final de este proceso es la formación de una capa de cristal sólido sobre la superficie. Es un proceso exotérmico, que libera energía y se produce por bajas temperaturas y a determinadas condiciones de presión. Es el proceso inverso a la sublimación
Cambios de estado de gas a líquido
- Condensación. Es el cambio de estado de la materia en estado gaseoso a forma líquida, tras perder energía calórica. Se trata de un cambio físico, por lo que las sustancias no sufren transformaciones químicas. Si la temperatura de un gas está por debajo de su punto de ebullición, las partículas comienzan a moverse más lentamente y a agregarse unas a otras. Esto ocurre al bajar la temperatura y/ o subir la presión, en ese momento las particular pierden movilidad y pasan al estado líquido. El gas libera calor retenido y se deposita en forma de pequeñas gotas.
- Licuefacción. Es un proceso para convertir gases en líquidos, pero que no emplea la temperatura, sino la presión. Para que se produzca este proceso, se incrementa la presión del gas hasta comprimirlo al máximo, haciendo que las partículas se acerquen más de lo que estaban normalmente y se cambia a la fase líquida mientras se mantengan las condiciones de presión.
Variables de estado en un gas
Es importante al estudiar las variable que afectan al comportamiento de un gas a la hora de entender la teoría cinético molecular.
- Masa. Indica la cantidad de materia de un gas
- Volumen. Son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un recipiente cerrado ocuparía todo del volumen.
- Temperatura. Es una medida de la intensidad del calor y a la vez de la energía. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las partículas del gas y aumenta también el número de choques, por lo que la temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. Si un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío hay una transferencia de calor del cuerpo caliente al frío.
La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.
- Presión. Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa de manera uniforme sobre las paredes del recipiente.Se refiere al número de choque de las partículas del gas, unas con otras y con las paredes del recipiente que lo contiene.
La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Cuanto más alto esté un
cuerpo , menos aire hay sobre él, por lo que la presión atmosférica será menor.
- Compresibilidad. Capacidad que tienen los gases para disminuir su volumen, debido a que las partículas de los gases están muy separadas entre sí.
- Expansibilidad. Capacidad o tendencia que tienen los gases a aumentar su volumen debido a las fuerzas de repulsión entre las partículas.
- Densidad. Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.
Ejemplos de estado gaseoso
Algunos ejemplos de materia en estado gaseoso son:
- Aire . El aire que respiramos es una mezcla homogénea de gases, formada por elementos en diferente proporción: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, argón y otros gases, mezclados en diferente proporción y que por lo general suelen ser transparentes, incoloros e inodoros.
- Vapor de agua. El agua al evaporarse cambia al estado de vapor, se puede apreciar cuando ponemos a hervir agua y vemos que sube una columna de vapor blanquecino desde la olla.
- Gas butano. Es un gas formado por hidrocarburos y empleado como combustible para generar fuego.
- Metano. Hidrocarburo gaseoso de olor desagradable, obtenido como producto de la descomposición orgánica.
- Helio (He). Insípido, incoloro e inerte. Es el menos soluble en agua de todos los gases.
Características de los estados de la materia
Los tres principales estados de la materia son de sobra conocidos, pero vamos a repasar sus propiedades.
Se les llama estados de agregación de la materia en relación a la disposición de los átomos y las fuerzas de unión que los constituyen, estos átomos se van a agregar unos a otros de manera diferente dependiendo de si son sólidos, líquidos o gases. Además cada estado de la materia tiene unas determinadas características y debido a cambios en el entorno la materia podrá cambiar de estado, viéndose alteradas sus propiedades.
Desde siempre se han conocido tres estados fundamentales de la materia: sólido, líquido y gas. Con el tiempo se han descubierto otros estados : estado plasmático, el Bose-Einstein (BEC), el condensado de Fermi y el supersólido. De todos ellos hablaremos en este apartado explicando las principales propiedades.
Estado sólido
El estado sólido es aquel en el que observamos materia fija. Un cuerpo en estado sólido tiene los átomos muy juntos que le dan una forma regular, fija, constante e invariable y un volumen igualmente definido. Los sólidos son por tanto incompresibles, es decir, no se pueden comprimir y sus partícular apenas pueden moverse , sólo vibran ligeramente en posiciones practicamente fijas y se dilatan cuando son sometidos a un aumento de temperatura . Son también impenetrables y no pueden fluir. Por ejemplo: las rocas, metales, madera, hielo…
Estado líquido
El estado líquido corresponde a los fluidos. En el estado líquido las fuerzas de cohesión que unen átomos y moléculas son menoresque en los sólidos , por lo que la masa es fija pero su forma es variable; así los líquidos pueden adaptarse al recipiente que los contiene. De esta forma su volumen es constante pero su forma no lo es, además pueden fluir y no son compresibles. Por ejemplo: el agua, el aceite, los zumos..
Estado gaseoso
La materia en estado gaseoso tiene una masa fija pero hay grandes espacios vacíos entre los átomos, de manera que los gases tienen forma y volumen variables, ocupando todo el espacio disponible y adaptándose al recipiente porque no hay fuerzas de atraccción entre sus partículas. Los gases, por tanto pueden comprimirse, pueden fluir y no tienen forma y volumen definido. Por ejemplo: vapor de agua, oxígeno (O2 ) dióxido de carbono (CO2)
Video explicativo de los estados de la materia
A continuación puedes ver un breve resumen en video sobre estos tres estados de la materia
Propiedades de los tres estados: sólido, líquido y gas
| Propiedadades | Estado sólido | Estado líquido | Estado gaseoso |
| Masa | Fija | Fija | fija |
| Forma | Invariable | Variable | Variable |
| Volumen | Constante | Constante | Variable |
| ¿Son compresibles? | No | No | Si |
| ¿Son impenetrables? | Si | No | No |
| ¿Pueden fluir? | No | Si | Si |
Los nuevos estados físicos de la materia.
Hay otros estados de la materia que los científicos han descubierto recientemente en el laboratorio : el estado plasma y el condensado de Bose-Einstein.
El estado plasma
De características similares al estado gaseoso, hay algunas diferencias que han permitido diferenciarlo como un estado diferente.
El plasma se trata de un gas ionizado que puede conducir la electricidad, sin forma ni volumen fijo sino que adquiere la del recipiente que lo contiene. Este estado al verse influido por un campo magnético puede formar rayos, filamentos y capas dobles.
Este estado es muy común en el universo intergaláctico o espacio sideral, de ahí su importancia, de esta forma hay plasma en el sol y las estrellas.. De manera artificial las pantallas de televisores de plasma lo contienen, en ellas hay gases que se cargan electricamente para pasar a estado de plasma y por medio de los electrodos de la pantalla , puede emitir luz.
Condensado de Bose- Einstein
En el año 1924, al aplicar la estadística a la mecánica cuántica, Satyendra Bose y Albert Einstein predijeron la existencia de un nuevo estado de la materia. Para estos científicos, al enfriarse la materia a temperaturas próximas al cero absoluto, las partículas que la forman caen todas al mismo nivel de energía. Esa situación haría que las partículas se convirtiesen en indistinguibles y pasasen a formar un “superátomo”.
Sería en el año 1995 cuando Wieman y Ketterle fueron capaces de reproducir un estado condensado de Bose-Einstein con la ayuda de potentes láseres y electroimanes.
Este estado se caracteriza por:
- Superfluidez y superconductividad
- Es capaz de ralentizar la velocidad de la luz, que al atravesarlo llega a tener velocidades de metros por segundo