Estado gaseoso. De los 3 estados de la materia, el gaseoso es el más fácil de explicar, pero antes habrá que definir los conceptos que en su estudio intervienen que son volumen, presión y temperatura.
Volumen. Es la medida del espacio ocupado por una muestra dada de materia. Las unidades de volumen más comúnmente usadas son el litro (I) y su sub-múltiplo el mililitro (ml) o cm3 (c.c). Se define el mililitro (mi) como el volumen ocupado por un gramo de agua, a la temperatura de 4°C en que ofrece densidad máxima igual a uno. Prácticamente coincide con el cm3 (c.c.) que a veces se usa indistintamente en vez del mililitro, que es el volumen de un cubo cuya arista tiene un centímetro (cm) de longitud.
Presión. Se define la presión como la fuerza o peso soportado por la unidad de superficie.
Este concepto físico determina el sentido en que se desplaza la masa gaseosa, la cual fluirá desde donde hay mayor presión a donde hay menos. Ejemplos: escape de gas de un neumático.
Las unidades prácticas más usadas son:
Presión atmosférica normal. Es una presión que se define como aproximadamente igual a la presión media de la atmósfera al nivel del mar.
Presión = Altura de la columna de Hg por peso específico del Hg.
1 At = 76 cm de Hg x 13,6 g/cc. = 1033,6 gs/cm2
La presión se mide por medio del barómetro su graduación se Manía milímetros de Hg o también modernamente unidades Torricelli.
Temperatura. La temperatura es la medida del nivel térmico o el calor que un cuerpo posee, o nivel calorífico, el calor fluye desde donde hay mayor temperatura o donde es menor.
La temperatura se mide por medio del Termómetro cuyas graduaciones se llaman' grados que es la unidad de expresión de la temperatura. Generalmente la temperatura se expresa en una de las dos escalas relativas: Centígrada (o Celsius) y Fahrenheit, o en una de las dos escalas absolutas: Kelvin y Rankíne.
Los dos puntos fijos de estas 4 escalas son aquellas temperaturas a las cuales el agua, saturada de aire, congela y hierve a la presión de una atmósfera (1 at.).
El intervalo existente entre el punto de congelación y el de ebullición del agua en la escala centígrada y en la Kelvin es de 100°, mientras que el mismo intervalo en las escalas Fahrenheit y Rankine es de 180°. Para convertir grados centígrados en grados absolutos se suman 273° al valor en grados centígrados, y por lo contrario para convertir grados Kelvin en grados centígrados se restan 273° al valor de la lectura en la escala absoluta.
En los problemas de gases se puede expresar en cualquiera de estas escalas, pero para resolverlos previamente se debe pasar por la escala centígrada y luego sumar a la absoluta.
Problema. Reducir 60° Reamur a Fahrenheit; Celsius y Kelvin.
Previamente es necesario conocer las siguientes igualdades:
Estas fórmulas permiten reducir los grados de una escala a las otras.
Para nuestro problema podemos partir de la siguiente proporción:
para convertir a Kelvin se suma los 92°C + 273° K = 365° K. De manera que si nos dan 20°C expresada esta temperatura en la escala Kelvin será 273 + 20 = 293° K, y si nos dicen 20°C bajo cero o simplemente –20°C, tendremos que restar 273 – 20 = 253°K.
Temperatura Kelvin = 273 – temperatura Celsius.
Cero absoluto. Es cuando un gas no ejerce ninguna presión cuando alcance la temperatura de 273° por debajo de cero. Esta temperatura de –273°C a la cual las moléculas del gas dejarían de moverse de acuerdo con la teoría cinética se denomina cero absoluto de temperatura.
En la práctica, todos los gases al refrigerarse se licúan, solidifican antes de alcanzar los –273°C. El cero absoluto se define referido a un gas hipotético que seguirá las mismas leyes a baja temperatura que los gases reales obedecen a temperaturas más elevadas.
El cero absoluto de temperatura –273°C, se toma como punto cero de la escala absoluta de Kelvin (K°). Las escalas Kelvin y Celsius difieren únicamente en la elección del punto cero.
Problema. El Hg hierve a 675°F y se solidifica a –38°F a la presión de una atmósfera. Expresar estas temperaturas en grados centígrados.
Problema. Convertir 220°K a ¡a escala centígrada.
Problema. Expresar –22°F en grados centígrados y en grados Kelvin.
Condiciones Normales de los gases. Un gas se encuentra en condiciones normales cuando su presión es de una atmósfera, la temperatura de O°C o 273°K y el volumen en este caso se llama normal.
Volumen normal (V) = 22,4 litros
Temperatura (T) = 0°C o 273°K
Presión (P) = 1 atmósfera = 76 cm Hg = 760 m.m. Hg
Se abrevian TPN o P.T.N. o C.N. (condiciones normales)