COMPORTAMIENTO FÍSICO DE LOS GASES Y MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR

 

La polémica entre continuidad y discontinuidad de la materia, que había enfrentado en la antigua Grecia a atomistas con anti-atomistas, prosiguió en un terreno más o menos especulativo hasta principios del XIX. Entonces se había acumulado un conjunto de conocimientos que permitió elaborar un modelo de  estructura de la materia basado en leyes sobre sus transformaciones físicas y químicas. Por lo que se refiere a las primeras, resultaron de gran ayuda los estudios sobre el comportamiento físico de los gases, debido a que en el estado gaseoso las sustancias presentan el comportamiento más simple.
 

 Enumeramos de forma resumida propiedades definitorias de la materia en estado gaseoso:
 
 

Difusibilidad: Los gases ocupan todo el recipiente donde se hallan y se mezclan muy fácilmente. Podemos comprobarlo, por ejemplo, encerrando un gas en uno de los dos compartimentos del dispositivo que muestra la figura adjunta (a la izquierda). Al cabo de poco tiempo de abrir la llave de paso todo el gas se distribuye de forma uniforme por todo el recipiente y ocupa completamente los dos compartimentos.
 

Compresibilidad: Los gases se pueden comprimir con bastante facilidad. Podemos comprobarlo, por ejemplo, encerrando aire en una jeringuilla y presionando el émbolo para comprimirlo.

  

 

 

 

Presión: Los gases ejercen fuerzas sobre las paredes del recipiente que los contiene. En el experimento de la jeringuilla notamos muy claramente la fuerza que ejerce el aire encerrado sobre nuestra mano y también observamos que al soltar el émbolo vuelve a su posición inicial, empujado por el aire encerrado.

Aumento de la presión con la temperatura y dilatación térmica: Al aumentar la temperatura de un gas (al calentarlo) aumenta la presión que ejerce sobre las paredes del recipiente. Si dichas paredes son elásticas (como ocurre, por ejemplo, para el aire encerrado en el globo del experimento que muestran las fotografías adjuntas a la izquierda), aumenta el volumen.
 

Descritas estas propiedades de la materia en estado gaseoso, estamos en situación de buscar un modelo que sea capaz de explicarlas todas.

 
 
 

 

El fenómeno de la difusión sugiere que los gases estén formados por partículas en movimiento (si no, ¿qué es lo que hace que, por ejemplo, el olor viaje?). Al mismo tiempo, el hecho de que los gases no se vean y se mezclen con tanta facilidad induce a pensar que esas partículas tienen que ser muy pequeñas y estar bastante separadas entre sí. Todo ello induce a concebir a la materia en estado gaseoso mediante el modelo cinético-corpuscular de los gases, según el cual estarían formados (a nivel sub-microscópico) por muchas partículas (o corpúsculos) en movimiento, muy pequeñas, y muy separadas entre sí (en comparación con su tamaño).
 

Este modelo explica satisfactoriamente el resto de propiedades macroscópicas del comportamiento de los gases. Así, el hecho de que los gases ejerzan fuerza sobre las paredes se explica considerando que sus partículas, al estar en movimiento, chocan con dichas paredes. La presión es, pues, una magnitud macroscópica indicadora del número de choques que se producen (por unidad de tiempo y de superficie) y de la intensidad de esos choques.
 

 

Al comprimir un gas (reduciendo el volumen del recipiente) aumenta la frecuencia de los choques de sus partículas sobre el recipiente, y, por tanto, aumenta la presión. El efecto contrario (disminución de la presión) se produce al expandir el gas.
 

 

En cuanto a la temperatura de los gases, es otra magnitud macroscópica que indica la energía cinética media de sus partículas (dependiente a su vez de su masa y su velocidad) y esto explica satisfactoriamente el comportamiento de los gases cuando se calientan o se enfrían.

En efecto, al calentar un gas (al aumentar su temperatura) aumenta la energía cinética de sus partículas y, por tanto, sus velocidades. Si el volumen permanece constante, ello implica que las partículas lleguen antes a chocar con las paredes del recipiente y además choquen con mayor velocidad. Es decir, aumenta la frecuencia de los choques y su intensidad, o, lo que es lo mismo, aumenta la presión que ejerce el gas. Evidentemente, ocurre lo contrario si se enfría el gas.