Gases: ¿Qué son? Propiedades y Tipos de Gases

Qué son los gases

Cuando nos referimos a los gases es necesario ahondar por el diverso mundo que los mismos nos ofrecen. Los gases tienen una historia larga y transgresora a lo largo de los años.

Diversas personalidades de la ciencia antigua y moderna han dedicado su vida al descubrimiento del funcionamiento, origen, particularidades y usos de los gases que la naturaleza nos ofrece así como también los gases que podemos obtener en la combinación de diversas sustancias a nivel experimental.

Al introducirnos en gases nos introducimos en cambios de estados de la materia, tema por excelencia todos los artículos de ciencia y libros académicos, así como manuales de laboratorios. Robert Boyle, Amadeo Avogadro, Jacques Charles, Thomas Graham, Antoine Laurent Lavoisier han sido los científicos de mayor renombre en la comprobación e invención de leyes para los gases y su manipulación así como también manifestaciones de los mismos y su relación a las presiones, temperaturas e interacción con otros compuesto que veremos más adelante.

Los gases tienen un lugar en la tabla periódica de los elementos, los solemos encontrar en la naturaleza siendo elaborados durante millones de años de forma subterránea, también podemos encontrarlos en fenómenos geológicos como volcanes, así como también gases productos de los procesos metabólicos de algunos mamíferos.

¿Qué es un gas? ¿Qué diferencias tiene con el vapor?

Es importante comprender que la relación entre vapor y gas no los hace iguales, si comparten estados de agregación pero aquí explicaremos una de la principales diferencias: se define a los gases como un estado de agregación de la materia en el que la misma no tiene una forma determinada debido a la dispersión y libre movilidad de las moléculas.

Los estudios teóricos afirman que cualquier sustancia puede transformarse en un gas a una temperatura lo suficientemente alta. Las presiones juegan un papel muy importante en la transformación de los gases así como también la temperatura.

Si un gas es sometido a una compresión isotérmica, éste nunca llegará a pasar al estado líquido aún bajo presiones altas. Aquí encontramos la principal diferencia con el vapor ya bajo compresión isotérmica más allá de que posea el mismo estado de agregación de los gases , el vapor comenzará a licuar y pasará a un estado líquido.

Qué son los gases

A tener en cuenta: como tantos de los procesos naturales o experimentales la manipulación de los gases sobre todo bajo compresión conlleva una liberación de energía que debería ser monitoreada.

De hecho si nos remontamos a la tragedia de la central nuclear de Pripyat la noche del 26 de Abril de 1986,entre otros inmensos problemas que no pudieron ser controlados previo a las explosiones sucesivas,fue la temperatura del reactor que debía mantenerse constantemente bajo enfriamiento por agua, la refrigeración del reactor 1 fallo,dejando al reactor expuesto al sobrecalentamiento.

Conjunto con las explosiones según investigaciones recientes de la NEA de la OECD realizan un inventario de los gases y vapores que fueron liberados desde el reactor. La presencia de gas Radón en los hogares eran sumamente elevadas, se calcula que entre 1 y 3 millones de curios fueron emitidos a la atmósfera durante y post tragedia.

Gases nobles

Son un grupo de elementos químicos que poseen propiedades muy similares, son inodoros, incoloros y presentan un baja reactividad química. Tiene un lugar en el grupo 18 de la tabla periódica bajo este mismo nombre.

Como se nombraba con anterioridad se le atribuye en el nombre noble ya que su reactividad es muy baja y no suele participar de reacciones químicas con otros gases y compuestos.

Ecuaciones de estado de los gases

El principal problema que enfrentamos a la hora de trabajar con gases es poder encontrar una ecuación que contemple presión, temperatura y volumen. Siempre existen dos variables independientes y una dependiente.

La primera ecuación fue entonces: P.V=n.R.t(1) siendo P la presión absoluta del sistema, V el volumen del sistema, n el número de moles del gas, R constantes de los gases ideales, T la temperatura a escalas absolutas. Esta ley es utilizada para realizar cálculos con los gases ideales.

¿Qué son los gases ideales?

Es un gas imaginario que tiene masa pero sus moléculas no ocupan un lugar ni tampoco existen fuerzas entre ellas. Hay que destacar que ningún gas real obedece con exactitud esta ley a excepciones del hidrógeno y oxígeno que poseen bajo peso molecular.

Ecuaciones de estado para gases reales

Cuando el gas comienza a tener condiciones extremas de descensos de temperatura o aumento de la presión se deberá considerar un gas real.

P.V / R.T =1

Ley general de los gases

Esta ley combina las leyes ya establecidas por Boyle, Charles y Gay-Lussac donde cada variable ya antes mencionada: volumen, temperatura y presión se encuentran en una misma ecuación general. Charles establece que el volumen y la temperatura bajo presiones constantes son directamente proporcionales mientras que Boyle sostiene que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante.

Gay-Lussac realiza la proporcionalidad directa entre temperatura, presión y volumen.
Como resultado: P.V/T = k

Teoría de la cinética de los gases

Esta teoría fue llevada a cabo por Maxwell, Clausius y Boltzmann donde tienen como base que todos los gases se comportan de igual manera en relación al movimiento de sus partículas. Esta teoría afirman que los gases están constituidos por partículas átomos o moléculas de forma esférica y separadas entre sí por espacios vacíos.

También afirman que el movimiento de las partículas de un gas es constante en línea recta y al azar en todas direcciones. El volumen total de partículas que componen un gas es muy pequeño y puede despreciarse en relación al volumen del recipiente que lo contiene.

  • Las partículas de un gas chocan entre sí y con las paredes de el recipiente en el que se encuentran.
  • Las partículas no ganan ni pierden energía cinética entre ellas en cada choque.
  • La presión de un gas se producirá cuando las partículas choquen las paredes del recipiente.
  • El aumento de la energía cinética de las partículas es proporcional al aumento de la temperatura del gas.
  • Por último: La fuerzas que atraen a esas partículas se pueden considerar despreciables.

Propiedades de los gases

  • Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, por lo que las mismas tienen la capacidad de distribuirse por todo el espacio del lugar donde están contenidas. Las fuerzas de atracción entre moléculas es prácticamente nula ya que las velocidad a la que se mueven las mismas es demasiado rápida.
  • Los gases son capaces de ocupar por completo el volumen de un recipiente que los contiene.
  • Los gases tampoco poseen una forma definida debido a la separación entre sus moléculas. La forma que puede adoptar un gas es similar a la del recipiente en el cual está encerrado, en caso de estarlo. Si el gas está libre, entonces no tiene ninguna forma definida.
  • Otra propiedad de los gases es que son fáciles de comprimir. Esto se debe a los grandes espacios vacíos que existen entre las moléculas que componen al gas.

Tipos de gases

Veamos ahora los diferentes tipos de gases que existen

Gases industriales

Estos gases son manufacturados y se comercializan para diversos usos como aplicaciones médicas, fertilizantes que pueden obtenerse del aire mediante procedimientos de separación o pueden ser producidos de forma química. Ellos son: acetileno, monóxido de carbono, cloro, hidrógeno, cloruro de hidrógeno, metano, óxido nitroso, propano, dióxido de azufre.

Si tuviéramos que elegir los más utilizados de estos gases podríamos decir que el cloro tiene un gran uso industrial en la obtención de agua de calidad para consumo o utilización, el monóxido de carbono se utiliza en la fabricación de metal, así como también en la fabricación de ésteres, alcoholes y ácidos.

Dentro de los gases que nos proporciona el aire encontramos: el nitrógeno utilizado para reducir temperaturas a nivel médico así como también tratamientos dermatológicos.

El oxígeno que es utilizado en los diversos ciclos biogeoquímicos de la naturaleza donde de forma industrial el hombre utiliza esos ciclos como el de fijación de nitrógeno para enriquecer sus suelos y tener por ende cosechas mejores.Este gas también participa de las reacciones de combustión siendo la misma sin duda la clave de la conversión de calor de la gran mayoría de las industrias.

Gases que encontramos en la naturaleza

  • Oxígeno: Como se explica con anterioridad este gas es crucial para llevar los vegetales lleven a cabo uno de los más grandes procesos metabólicos como la fotosíntesis, los animales de respiración pulmonar realizan el intercambio gaseoso en ambos pulmones y cargan de oxígeno la sangre que será transportada por todo el organismo.
  • Gases volcánicos: como el dióxido de azufre que son emitidos cada vez que un volcán comienza su actividad, este gas es por excelencia un conservante de frutos y zumos.

El dióxido de azufre se disipa por las lluvias pero conjunto con otros gases y el polvo cenizas de emisión volcánica pueden tener grandes consecuencias para la temperatura puesto que baja al bloquearse la entrada de luz solar.

  • Gases invernaderos: son una variación en la composición de los gases de la atmósfera. En la Tierra existió lo que le denomina transiciones glaciares- interglaciares en consecuencia a los cambios orbitales.

Actualmente la humanidad está alterando los gases de efecto invernadero GEI. Estos reducen gradualmente la pérdida neta de radiación infrarroja hacia el espacio provocando el poco impacto en la absorción de la radiación solar lo que provoca un aumento gradual de la temperatura de la superficie provocando lo que conocemos como efecto invernadero.

Los GEI son directamente influenciados por las emisiones humanas sobre todo de aerosoles.

Yacimientos de gas

El gas natural forma parte de los hidrocarburos, es una mezcla de gases ligeros que contiene una cantidad variable de alcanos, dióxido de carbono, nitrógeno, ácido sulfúrico, helio entre otros.

Cuando los restos animales y vegetales entran estado de descomposición y son afectados por las altas temperaturas de forma subterránea se produce lo que conocemos como gas natural, este proceso lleva millones de años y se extrae de yacimientos de gas natural independientes o asociados a yacimientos petroleros.

También podemos encontrar el biogas que será formado por la digestión de tipo anaerobia( no requiere oxígeno)de descomponedores de desechos orgánicos.

Gas metano animal: según un estudio realizado por la red científica de mitigación de emisiones de gas de efecto invernadero en el sector agroforestal REMEDIA, algunos rumiantes como vacas están en la mira de la producción de metano, uno de los gases de efecto invernadero más importantes.

Es por eso que se han realizado diversas investigaciones con respecto a su dieta y las pasturas de las que se alimenta así como también la manipulación de de su materia fecal. Se estima que una vaca produce 120 kilos de metano anuales.

Los seres humanos también somos productores y emisores de gas metano y el mismo puede provenir de varias vías: la primera es la existencia de colonias bacterianas intestinales también puede ser por la presencia de levaduras simbióticas que viven en nuestros tractos intestinales como en el otros mamíferos,dióxido de carbono producido por la neutralización del ácido gástrico también es otra posibilidad.

La ruptura de las proteínas es la causante del mal olor característico de la flatulencia y esto se debe a la presencia de: sulfuro de hidrógeno que le da el olor característico a huevos podridos o el ácido butírico que le otorga olor a manteca rancia.

Gases radioactivos

En la naturaleza tenemos gases que son radioactivos y se encuentran a nivel atmosférico, los mismo son básicamente isótopos de radón. El radón es emanado constantemente por la superficie terrestre. La dispersión de estos gases radiactivos como el radón y otros gases emanados de las cámaras magmáticas de los volcanes dependen de las condiciones climáticas.

El gas radón con el paso del tiempo se desintegra y forma hijos de radón los cuales se encuentran en fijados a partículas con las que convivimos a diario en habitaciones y otras partes de los hogares. Radiación interna: la radiación que habitualmente inhalamos por aire se absorben en los tejidos de los seres vivos.

Carbono 14 y potasio 40 son alguno de los elementos radioactivos que posee el cuerpo humano que son utilizados hoy en día para realizar tomografías de emisión de positrones para la detección de cáncer.

Resumen

Existe una variedad muy grande de gases como clasificaciones de los mismos , los gases forman parte de nuestra maquinaria industrial sin lugar a duda de la quema de combustibles fósiles, la utilización de los yacimientos de gas natural así como su utilización para la producción de metales y elementos de uso médico y cosmético.

En las primeras etapas de la evolución humana se descubrió que la combustión podría ser utilizada para cazar, cocinar carnes, alumbrar entre tantos usos que cambiaron el rumbo del hombre hasta llegar al día de hoy donde las grandes industrias mueven las economías mundiales simplemente gracias a frotar dos materiales a gran velocidad como rocas o madera dando lugar a que actúe el oxígeno.

El gas natural se comercializa así como también todos los gases de utilización química e industrial en las farmacéuticas.
La manipulación de gases y compuesto de tipo radiactivo ha llevado al hombre a cometer grandes errores a lo largo de la historia como la explosión de una de las centrales nucleares más grandes del mundo, hasta el día de hoy convivimos con el radón en nuestros hogares y las consecuencias se vieron reflejadas en las anomalías generacionales que provocó la tragedia.

Los gases están presentes en la naturaleza, en fenómenos geológicos como volcanes y geiser, así como también en organismos vegetales y animales. El gas metano producto de nuestro metabolismo digestivo y el oxígeno y dióxido de carbono también presente en el metabolismo vegetal.

Los gases de efecto invernadero son un tema de importancia hoy en día ya que sus consecuencias son evidentes pero en lugar de solucionarlo y reducir los consumos y su gran entramado, solemos culpar a los rumiantes como las vacas de las emisiones de metano. Así como tenemos científicos que dedicaron sus vidas a el estudio de los gases y elaboración de hipótesis y teorías también manejamos una gran grado de derroche malgastando recursos naturales como el gas y aumentando el consumo que llevan al aumento de los gases invernaderos como por ejemplo los aerosoles.

Hemos logrado dar un excelente uso a los gases y sus derivados pero también es real que el aumento de esos gases en industrias está dañado la atmósfera y sus capas contiguas así como también causando alteraciones en las temperaturas de la tierra y sus procesos biológicos. No hemos comprendido la importancia de la retribución y retroalimentación entre los recursos naturales y el hombre.

Referencias:

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