¿Qué es un gas?
Un gas es una sustancia que se encuentra en estado de materia gaseoso o vaporoso. El término gas también se utiliza en referencia al propio estado cuando se aplica a la materia que tiene las propiedades de una sustancia gaseosa. El gas es uno de los cuatro estados naturales de la materia, junto con el líquido, el sólido y el plasma.
Un gas no tiene forma ni volumen fijos. Los átomos o moléculas que componen el gas llenan el recipiente que los contiene. El gas se expande hasta distribuirse uniformemente por todo el recipiente, incluso en presencia de la gravedad. Si no está confinado en un recipiente, un gas se dispersa en el espacio.
Los átomos o moléculas de materia en estado gaseoso están en constante movimiento. Se mueven libremente unos alrededor de otros y chocan continuamente entre sí y con la pared del recipiente que los contiene. Por lo general, los átomos o las moléculas están más dispersos que cuando la sustancia está en estado sólido o líquido.
¿En qué se diferencian los gases de los sólidos y los líquidos?
La siguiente figura muestra las moléculas de una sustancia en tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. La ilustración implica que las moléculas están compuestas por un elemento diatómico en el que cada molécula está formada por dos átomos del mismo elemento, como el hidrógeno (H2), el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2) o el cloro (Cl2). Sin embargo, la transición entre estados es común a la mayor parte de la materia. A cierta temperatura, una sustancia pasa de un estado a otro, volviéndose sólida a temperaturas más bajas y volviéndose gaseosa a temperaturas más altas.
Como las partículas de un gas están muy repartidas por todo el volumen, el gas puede comprimirse con poca dificultad. Un líquido tiene un volumen fijo y no puede comprimirse fácilmente porque las partículas están más juntas. Sin embargo, al igual que el gas, el líquido no tiene una forma fija. Las partículas pueden deslizarse unas sobre otras y adoptar la forma del recipiente, aunque su movimiento es mucho más restringido que en el caso de un gas. Las partículas de un sólido están aún más juntas, por lo que, al igual que un líquido, tampoco pueden comprimirse fácilmente. También es más difícil mover las partículas en un sólido que en un líquido o un gas. Un sólido tiene una forma y un volumen fijos.
Ejemplos de estado gaseoso
El ejemplo más común de gas es el aire (el aire que respiramos es un gas). También puede considerarse una mezcla de muchos gases, como el nitrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono. A continuación se enumeran algunos ejemplos de gases.
- Hidrógeno
- Nitrógeno
- Oxígeno
- Dióxido de carbono
- Monóxido de carbono
- Vapor de agua
- Helio
- Neón
- Argón
- Ozono
Cabe señalar que estas sustancias existen en fase gaseosa en condiciones estándar de temperatura y presión (STP). Sin embargo, si se aplica suficiente presión al gas y si éste se enfría a una temperatura suficientemente baja, puede licuarse.
¿Cuáles son las características de los gases?
Ejemplos de gases son el oxígeno a temperatura ambiente — aproximadamente 20 grados Celsius o 68 grados Fahrenheit — el hidrógeno a temperatura ambiente y el agua cuando supera los 100 grados C o 212 grados F a la presión atmosférica estándar (nivel del mar). Estos y otros gases se caracterizan por cuatro propiedades físicas:
- Volumen. Cantidad de espacio que ocupa el gas.
- Densidad. Cantidad de masa en un volumen determinado, es decir, la densidad de las partículas.
- Temperatura. Temperatura absoluta del gas.
- Presión. La fuerza que ejerce el gas sobre el recipiente que lo contiene.
Las cuatro propiedades desempeñan un papel fundamental en el comportamiento de un gas en distintas circunstancias:
- Cuando un gas se calienta, los átomos o moléculas ganan energía cinética y se mueven más rápidamente.
- Cuando un gas se enfría, los átomos o moléculas pierden energía cinética y se mueven más lentamente.
- Si un gas está en un recipiente hermético y se calienta, la presión aumenta.
- Si un gas se encuentra en un recipiente hermético y se enfría, la presión disminuye.
- Si un gas se encuentra en un recipiente hermético y se reduce su volumen, la compresión calienta el gas.
- Si un gas está en un recipiente hermético y el volumen del recipiente aumenta, la descompresión enfría el gas.
Cuando las temperaturas son lo suficientemente altas, gases como el hidrógeno pueden combinarse rápidamente con gases como el oxígeno o el cloro, provocando su combustión. Algunas reacciones químicas entre gases y otras sustancias se producen más lentamente. Por ejemplo, la oxidación gradual del hierro da lugar al óxido de hierro (herrumbre). En este caso, el oxígeno, un gas, se combina con el hierro, un sólido, para crear óxido de hierro, otro sólido.
La mayoría de los gases pasan al estado líquido o sólido si su temperatura desciende lo suficiente. Por ejemplo, si el nitrógeno se enfría a una temperatura inferior a -196 grados C o -320 grados F, se licua. El nitrógeno líquido se utiliza en medicina para destruir lesiones cutáneas menores, como verrugas, queloides o queratosis. Otro gas, el dióxido de carbono, salta la fase líquida y se convierte en un sólido conocido como hielo seco cuando se enfría por debajo de -78 grados C o -109 grados F.
Comprender las características de gases, líquidos y sólidos es útil para los responsables de TI que necesitan garantizar una refrigeración eficiente del centro de datos y que cada vez se preocupan más por reducir la huella de carbono digital de su organización.