10 Características de los
Gases Ideales

Te explicamos qué son los gases ideales, cuáles son las leyes que los rigen, sus propiedades y su utilidad.

gases ideales
Son gases hipotéticos que se utilizan teóricamente para comprender a los reales.

¿Qué son los gases ideales?

Se denomina gases ideales a un gas hipotético o teórico, es decir, imaginario, que estaría compuesto por partículas desplazándose aleatoriamente y sin interactuar entre sí.

Se trata de un concepto útil para la utilización de la mecánica estadística, a través de una ecuación de estado simplificada que se conoce como Ley de gases ideales.

Muchos de los gases reales conocidos en la química se comportan a temperatura y presión ambientales como un gas ideal, al menos desde una perspectiva cuantitativa. Esto permite que sean estudiados como gases ideales dentro de ciertos parámetros razonables.

Sin embargo, el modelo de los gases ideales tiende a fallar en cuanto varían las condiciones de temperatura y presión, pues en esas condiciones la interacción y el tamaño intermoleculares son importantes.

De todas formas, este modelo no es apropiado para gases pesados.

Ver también: Gases

Características de los gases ideales

  1. Tipos de gases ideales

Existen tres tipos básicos de gases ideales, de acuerdo al tipo de enfoque físico elegido para su planteamiento:

  • Gas ideal de Maxwell-Boltzmann. Se clasifica a su vez en gas ideal termodinámico clásico, y gas ideal cuántico, dependiendo del enfoque físico aplicado en su estudio.
  • Gas ideal cuántico de Bose, compuesto por bosones.
  • Gas ideal cuántico de Fermi, compuesto por fermiones.
  1. ¿Cómo se define?

Un gas ideal, como hemos dicho, es una sustancia en estado gaseoso cuyas partículas se mantienen en un número estable, sin efectos electromagnéticos.

Su energía cinética es directamente proporcional a la temperatura. Las colisiones entre las moléculas que lo componen (entre sí y con el recipiente o contenedor) son de tipo elástico, conservando el momento y la energía cinética.

Los gases reales se aproximan a este comportamiento ideal sólo a temperatura y presión ambiente, cuando se trata de gases monoatómicos.

  1. Propiedades

Las principales propiedades de los gases ideales son cuatro:

  • Poseen siempre un mismo número de moléculas
  • No existen fuerzas de atracción o repulsión entre sus moléculas.
  • No existe colapso entre las moléculas ni cambios en su naturaleza física (cambios de fase).
  • Las moléculas del gas ideal ocupan siempre el mismo volumen a las mismas condiciones de presión y temperatura.
  1. Ley de los gases ideales

El estado de una cantidad de materia gaseosa se formula en base a cuatro variables distintas: presión, volumen, temperatura y número de moles de gas.

La relación matemática ideal entre dichos factores es, justamente, la Ley de los gases ideales, que predice el comportamiento de la mayoría de los gases reales a temperatura y presión ambiente.

Esta ley permite calcular alguna de las cuatro variables a partir del conocimiento de las otras tres, según la fórmula que así lo expresa:

P.V=n.R.T

P representa la presión del gas, V su volumen, n el número de moles de gas (que debe permanecer constante), R la constante de los gases y T la temperatura del gas en cuestión.

Si un gas cumple con esta ley, puede tratarse como si fuera ideal.

Esta ley es, además, la combinación de las leyes de Boyle, Gay-Lussac, Charles y Avogadro.

  1. Ley de Boyle

gases ideales ley de boyle
El volumen de un gas varía de forma inversamente proporcional a la presión.

En el siglo XVII, el científico Robert Boyle llevó a cabo una serie de experiencias empleando gases y líquidos, gracias a las cuales determinó el efecto que ejerce la presión sobre el volumen en los gases.

Esto lo llevó a formular su Ley, que reza que “el volumen de un gas varía de forma inversamente proporcional a la presión si la temperatura permanece constante”.

Esto se formula para gases ideales de la siguiente manera: P1xV1 = P2xV2, donde las variables con 1 son iniciales y las variables con 2 son finales.

  1. Ley de Gay-Lussac

Esta ley explica que la presión de una masa de gas cuyo volumen se mantiene constante es directamente proporcional a la temperatura que posea.

Para los gases ideales, se formula de la siguiente manera: P1/T1 = P2/T2, donde las variables con 1 son iniciales y las variables con 2 son finales.

Esta formulación fue planteada por Joseph Louis Gay-Lussac en 1808.

  1. Ley de Charles

Gracias a los estudios del francés Jacques Charles en 1787, tenemos esta Ley que expresa la relación constante entre la temperatura y el volumen de un gas, cuando la presión es constante.

Esto se formula, a efectos de los gases ideales, como: V1 / T1 = V2 /T2.

  1. Ley de Avogadro

Si el volumen de los gases es igual, también lo es su número de partículas.

Formulada en 1811 por Amadeo Avogadro, quien descubrió que:

“En iguales condiciones de presión y temperatura, las densidades relativas de los cuerpos gaseosos son proporcionales a sus números atómicos.”

Su hipótesis básica es que volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, en condiciones idénticas de presión y temperatura, deberían contener el mismo número de partículas (moléculas o átomos).

  1. ¿Para qué sirven?

La noción de gas ideal surge debido a la necesidad de comprender el funcionamiento de estos fluidos, ampliamente utilizados en la industria.

En lugar de crear un modelo para cada tipo de gas, se recurre a una formulación ideal de los mismos, es decir, un modelo hacia el cual dirigir los esfuerzos.

  1. Gases ideales y no ideales

Los gases no ideales son los gases reales, es decir, los que existen en la vida real y cuyo comportamiento no siempre se ciñe a lo que predice la Ley de los gases ideales.

Esto se hace más evidente en el caso de los gases pesados, como el vapor de agua o el CO2, que suelen comportarse de acuerdo a patrones propios. En cambio, gases monoatómicos livianos como el hidrógeno, suelen ser más próximos a un gas ideal en condiciones normales.

Referencias:

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Enciclopedia de Características (2017). "Gases Ideales". Recuperado de: https://www.caracteristicas.co/gases-ideales/