9.1: Gases y Presión Atmosférica
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En el Capítulo 2, aprendimos sobre los tres estados principales de la materia; sólidos, líquidos y gases. Se explicaron las propiedades de los estados de la materia utilizando la teoría molecular cinética (KMT). Las sustancias en estado gaseoso, según el KMT, tienen suficiente energía cinética para romper todas las fuerzas de atracción entre las partículas de gas individuales y, por lo tanto, son libres de separarse y moverse rápidamente a lo largo de todo el volumen de su contenedor. Debido a que hay tanto espacio entre las partículas en un gas, un gas es altamente compresible. La alta compresibilidad y la capacidad de los gases para tomar la forma y el volumen de su contenedor son dos de las propiedades físicas importantes de los gases.
El gas con el que todos estamos más familiarizados es la mezcla de elementos y compuestos que llamamos la “atmósfera”. El aire que respiramos es principalmente nitrógeno y oxígeno, con cantidades mucho menores de vapor de agua, dióxido de carbono, gases nobles y el compuesto orgánico, metano (Cuadro 9.1).
Cuadro 9.1. Composición Aproximada de la Atmósfera
| Gas | Concentración, Partes por mil millones | Porcentaje |
|---|---|---|
| N 2 | 7.8 × 10 8 | 78% |
| O 2 | 2.0 × 10 8 | 20% |
| H 2 O | Acerca de 10 6 — 10 7 | < 1% |
| Ar | 9.3 × 10 6 | < 1% |
| CO 2 | 3.5 × 10 5 | < 0.05% |
| Ne | 1.8 × 10 4 | trazar |
| Él | 5.2 × 10 3 | trazar |
| CH 4 | 1.6 × 10 3 | trazar |
Un gas que está encerrado en un contenedor ejerce una presión sobre las paredes internas de ese contenedor. Esta presión es el resultado de las innumerables colisiones de las partículas de gas con la pared del contenedor. A medida que ocurre cada colisión, se transfiere una pequeña cantidad de energía, generando una presión neta. Aunque generalmente no somos conscientes de ello, los gases en la atmósfera generan una tremenda presión sobre todos nosotros. A nivel del mar, la presión atmosférica es igual a 14.7 libras por pulgada cuadrada. Poniendo esto en perspectiva, para una persona de estatura media y construcción, ¡la presión total de la atmósfera que presiona sobre su cuerpo es de aproximadamente 45 mil libras! ¿Por qué no estamos aplastados? Recuerda, también tenemos aire dentro de nuestros cuerpos y la presión desde el interior equilibra la presión exterior, manteniéndonos agradables y firmes, ¡no mullidos!
La unidad SI adecuada para la presión es el Pascal (Pa), donde 1 Pa = 1 kg m -1 s -2. En química, sin embargo, es más común medir la presión en términos de atmósferas (atm) donde 1 atm es la presión atmosférica al nivel del mar, o 1 atm = 14.7 libras por pulgada cuadrada (1 atm = 101,325 Pa). La presión atmosférica se mide típicamente usando un dispositivo llamado barómetro. Un simple barómetro de mercurio (también llamado barómetro Torricelli, en nombre de su inventor) consiste en una columna de vidrio, de aproximadamente 30 pulgadas de alto, cerrada en un extremo y llena de mercurio. La columna se invierte y se coloca en un depósito abierto lleno de mercurio. El peso del mercurio en el tubo hace que la columna baje hasta el punto de que la masa de la columna de mercurio coincida con la presión atmosférica ejercida sobre el mercurio en el reservorio. La presión atmosférica se lee entonces como la altura de la columna de mercurio. Nuevamente, trabajando a nivel del mar, 1 atmósfera es exactamente igual a una altura de columna de 760 mm de mercurio. Las unidades para la conversión son 1 atm = 760 mm Hg, y esta es una relación exacta con respecto a cifras significativas. La unidad torr (después de Torricelli) a veces se usa en lugar de mm Hg.