Presión atmosférica y leyes de los gases: comportamiento, propiedades y modelo cinético

Presión atmosférica y altura

Tomando como referencia el nivel del mar, donde la presión atmosférica tiene un valor de 760 mm, se comprueba que, al medir la presión en la cumbre que se encuentra a unos 1.500 metros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica vale aproximadamente 635 mm; es decir, la presión disminuye con la altura.

De acuerdo con lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es la presión del aire, puesto que la columna del barómetro que queda por encima también es menor.

Propiedades y comportamientos de los gases

A continuación se describen algunos comportamientos característicos de los gases:

• Compresibilidad: Tomando como referencia el tamaño de las partículas de un gas, existe una gran distancia de espacio vacío entre ellas, lo que hace posible su compresibilidad; es decir, la reducción o disminución de los espacios vacíos entre sus moléculas, lo cual se logra aumentando la presión y/o disminuyendo la temperatura.
• Expansión: Cuando se calienta una muestra de gas, aumenta la velocidad promedio de sus partículas, las cuales se mueven en un espacio mayor, dando como resultado que todo el gas aumenta su volumen, es decir, se expande.
• Difusión: Cuando dos gases entran en contacto, se mezclan hasta quedar uniformemente repartidas las partículas de uno en otro; esto es posible por el gran espacio existente entre sus partículas y por el continuo movimiento de estas.
• Efusión: Es el proceso que ocurre cuando un gas que está bajo presión escapa de un recipiente hacia el exterior por medio de una abertura. Se sabe por medio de demostraciones que la velocidad de efusión es directamente proporcional a la velocidad media de las moléculas.

Leyes fundamentales de los gases

Ley de Boyle-Mariotte

“A temperatura constante, el volumen de una masa gaseosa es inversamente proporcional a la presión que se aplica”.

Ley de Charles

“A presión constante, el volumen de la masa de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas”.

Ley de Gay-Lussac

“La presión de una masa de gas a volumen constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta”.

Ejemplos y aplicaciones

Los globos de aire caliente se elevan en la atmósfera por el principio de que son más ligeros que el aire: la densidad del aire caliente que contienen tiene que ser menor que la del aire que los rodea, por lo que el globo recibe un empuje ascensional que lo eleva (principio de Arquímedes).

Las bolsas de aire (airbags) generalmente contienen azida de sodio (NaN3). Cuando se calienta, la azida de sodio reacciona con rapidez y produce un gran volumen de gas nitrógeno (N2). Este proceso ocurre en sólo unos pocos milisegundos.

Modelo cinético molecular

Estado líquido: En el estado líquido las moléculas están relativamente próximas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones; sin embargo, las fuerzas de cohesión, aunque son menos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas se independicen completamente.

Propiedades de los líquidos

• Forma: Adoptan la forma del recipiente que los contiene.
• Volumen: No varía (a temperatura y presión dadas).
• Compresibilidad: Son, en general, poco compresibles (prácticamente incompresibles en condiciones normales).
• Fuerzas intermoleculares: En un líquido las fuerzas intermoleculares de atracción y repulsión se encuentran equilibradas en gran medida.

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