Estado gaseoso
En el estado gaseoso las partículas están muy separadas y en movimiento libre, por lo que el gas ocupa todo el volumen disponible.
El estado gaseoso es aquel en el que la materia no tiene forma ni volumen propios: sus partículas están muy separadas, se mueven libremente y ocupan todo el recipiente que las contiene. El aire que respiramos, el gas natural de la cocina o el helio de un globo son ejemplos cotidianos. Su comportamiento se describe con unas pocas leyes sencillas que cualquier estudiante de química debe dominar.
¿Qué es el estado gaseoso?
Junto con el sólido, el líquido y el plasma, es uno de los estados de la materia. La palabra «gas» fue acuñada en el siglo XVII por el químico flamenco Jan Baptist van Helmont, a partir del griego kháos. En un gas, la energía cinética de las moléculas supera con mucho las fuerzas de atracción entre ellas, de modo que no se mantienen unidas.
Características de los gases
- Forma y volumen variables: adoptan los del recipiente.
- Compresibilidad: al haber mucho espacio vacío entre partículas, se pueden comprimir con facilidad.
- Expansibilidad: tienden a ocupar todo el volumen disponible.
- Baja densidad: muy inferior a la de líquidos y sólidos.
- Difusión: se mezclan espontáneamente unos con otros.
- Presión: ejercen fuerza sobre las paredes por los choques de sus partículas.
Teoría cinético-molecular
Explica el comportamiento de un gas ideal con unos pocos postulados: las moléculas están en movimiento continuo y aleatorio; su volumen propio es despreciable frente al del recipiente; no se atraen ni se repelen salvo en el instante del choque; los choques son elásticos; y la energía cinética media es proporcional a la temperatura absoluta.
Variables y leyes de los gases
Un gas se describe con cuatro variables: presión (P), volumen (V), temperatura absoluta (T, en kelvin) y cantidad de sustancia (n, en moles). Las leyes clásicas relacionan estas variables de dos en dos:
| Ley | Se mantiene constante | Expresión |
|---|---|---|
| Boyle-Mariotte | T y n | P₁V₁ = P₂V₂ |
| Charles | P y n | V₁/T₁ = V₂/T₂ |
| Gay-Lussac | V y n | P₁/T₁ = P₂/T₂ |
| Avogadro | P y T | V₁/n₁ = V₂/n₂ |
Combinándolas se obtiene la ecuación de los gases ideales:
con R = 0,0821 atm·L/(mol·K), o 8,314 J/(mol·K). En condiciones normales (0 °C y 1 atm), un mol de gas ideal ocupa 22,4 L. La ley de Dalton añade que la presión total de una mezcla es la suma de las presiones parciales de cada gas.
Gases reales
A presiones altas o temperaturas bajas, las moléculas ya no son puntuales ni dejan de atraerse. La ecuación de van der Waals corrige el modelo ideal:
Aquí «a» recoge las atracciones entre moléculas (fuerzas de van der Waals) y «b» el volumen propio de las partículas.
Cambios de estado y ejemplos
Un líquido pasa a gas por vaporización o ebullición (al llegar a su punto de ebullición); un sólido lo hace por sublimación. El aire seco está formado por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %), argón (0,93 %) y trazas de dióxido de carbono (en torno al 0,04 %). Otros ejemplos: el metano del gas natural, el butano de las bombonas, el helio y los demás gases nobles.
Ejercicios resueltos
1. Un gas ocupa 2,0 L a 1,0 atm. ¿Qué volumen ocupará a 0,5 atm si la temperatura no cambia?
Boyle: P₁V₁ = P₂V₂. V₂ = (1,0 × 2,0) / 0,5 = 4,0 L.
2. Un gas ocupa 3,0 L a 27 °C. Si se calienta a 127 °C a presión constante, ¿qué volumen alcanza?
Pasa a kelvin: 300 K y 400 K. V₂ = V₁ · T₂/T₁ = 3,0 × 400/300 = 4,0 L.
3. ¿Cuántos moles de gas hay en 5,0 L a 2,0 atm y 25 °C?
n = PV/(RT) = (2,0 × 5,0) / (0,0821 × 298) = 10 / 24,5 ≈ 0,41 mol.
4. Un recipiente contiene O₂ a 0,40 atm y N₂ a 0,60 atm. ¿Cuál es la presión total?
Dalton: P = 0,40 + 0,60 = 1,00 atm.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre gas y vapor?
Un vapor es un gas que está por debajo de su temperatura crítica y puede licuarse solo aumentando la presión, como el vapor de agua. Un gas está por encima de esa temperatura y no se licúa por mucha presión que se aplique.
¿Por qué la temperatura debe estar en kelvin?
Porque las leyes de los gases relacionan magnitudes proporcionales a la temperatura absoluta. Con grados Celsius, que pueden ser cero o negativos, las fórmulas darían resultados absurdos.
¿Qué es un gas ideal?
Es un modelo teórico en el que las partículas no ocupan volumen ni se atraen. Los gases reales se aproximan mucho a él a baja presión y temperatura alta.
¿Por qué los gases se pueden comprimir y los líquidos casi no?
Porque en un gas la mayor parte del volumen es espacio vacío entre partículas, mientras que en un líquido las partículas ya están en contacto casi directo.
Referencias
- Chang, R. y Goldsby, K. A. Química. McGraw-Hill.
- Atkins, P. y de Paula, J. Química física. Editorial Médica Panamericana.
- Brown, T. L., LeMay, H. E. y Bursten, B. E. Química. La ciencia central. Pearson.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Estado gaseoso». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/estado-gaseoso/
