Objetivos de aprendizaje
- Comprender los conceptos centrales y conectarlos con modelos microscópicos.
- Usar fórmulas y ecuaciones con unidades y condiciones de validez.
- Resolver ejemplos representativos del tema.
- Reconocer errores frecuentes y justificar respuestas con lenguaje químico.
Variables de estado gaseoso
Un gas se caracteriza por presión, volumen, temperatura y cantidad de sustancia. La presión surge de choques de moléculas contra las paredes del recipiente. La temperatura absoluta se relaciona con la energía cinética promedio de las partículas.
En gases siempre debe usarse kelvin para cálculos. La presión puede expresarse en atm, Pa, mmHg o bar, pero la constante $R$ debe elegirse con unidades compatibles.
Leyes empíricas de los gases
Boyle: a temperatura y cantidad constantes, presión y volumen son inversamente proporcionales. Charles: a presión constante, volumen y temperatura absoluta son proporcionales. Avogadro: a presión y temperatura constantes, volumen y moles son proporcionales.
Gas ideal, densidad y mezclas
La ecuación del gas ideal reúne las variables:
Puede usarse para calcular moles, masa molar o densidad. Como $n=m/M$, se obtiene:
En mezclas gaseosas ideales, cada gas ejerce una presión parcial. La ley de Dalton establece:
Teoría cinético-molecular
El modelo cinético supone partículas muy separadas, movimiento aleatorio, choques elásticos y volumen molecular despreciable frente al volumen del recipiente. La presión aumenta si hay más choques o choques más intensos; la temperatura aumenta cuando aumenta la energía cinética promedio.
La distribución de velocidades muestra que no todas las moléculas se mueven igual. Al aumentar temperatura, la distribución se desplaza hacia velocidades mayores y se ensancha.
Gases reales y van der Waals
Los gases reales se desvían de la idealidad a alta presión y baja temperatura porque el volumen molecular y las fuerzas intermoleculares dejan de ser despreciables. La ecuación de van der Waals introduce correcciones:
El parámetro $a$ corrige atracciones intermoleculares y $b$ corrige volumen propio de moléculas.
Ejemplo
Un gas se comporta más idealmente a baja presión y alta temperatura, porque las partículas están más separadas y las atracciones relativas importan menos.
Recursos interactivos
Modelo de partículas de gas
Recurso recomendado para visualizar, comprobar o explorar los conceptos de este capítulo.
Abrir recursoCalculas
Usalo para verificar operaciones, unidades, proporciones, despejes y resultados numéricos.
Abrir CalculasAutoevaluación y uso docente
Consignas para estudiar, preparar clase o discutir en grupo.
- Resolver problemas con $PV=nRT$.
- Elegir correctamente unidades de R.
- Interpretar presión y temperatura desde teoría cinética.
- Explicar desviaciones de gases reales.
Para clase
Una secuencia efectiva es partir de una observación macroscópica, proponer un modelo microscópico, formalizar con ecuaciones o representaciones, resolver un ejemplo y cerrar con una pregunta de transferencia.
Fuentes de referencia
- Química, Raymond Chang y Kenneth A. Goldsby, capítulos sobre termoquímica, estructura electrónica, periodicidad, enlace, gases y estados condensados.
- Química: La ciencia central, Brown, LeMay, Bursten y colaboradores, capítulos de termoquímica, enlace químico, geometría molecular y estados de la materia.
- Química General, McMurry y Fay, capítulos sobre energía, estructura electrónica, enlace, líquidos, sólidos y gases.
- Química 2e, OpenStax, unidades de termodinámica química, estructura atómica, enlace, fases y gases.