¿Por qué un gas en un recipiente cerrado ejerce presión?

Guardar

Jupiterimages/Photos.com/Getty Images

Teoría cinética de la materia

La presión del gas es el resultado de las colisiones de las moléculas de gas con una superficie. En el caso de un recipiente cerrado, esa superficie está conformada por las paredes del contenedor.

Un supuesto fundamental de la teoría cinética de la materia es que las moléculas de todas las sustancias están constantemente en movimiento. En un sólido, el movimiento es vibratorio: las moléculas están aprisionadas relativamente unas por otras, pero vibran en esa posición. En los líquidos, las moléculas son capaces de cambiar posiciones relativas, pero aún están fuertemente unidas unas a otras, así que las distancias que pueden recorrer son cortas.

Los gases

En los gases, sin embargo, no hay atracción apreciable entre las moléculas. Están relativamente alejadas, y viajan a distancias mayores antes de colisionar con otra molécula o con las paredes de su contenedor. Cada vez que una molécula golpea una de las paredes de su recipiente, ejerce una pequeña fuerza. El efecto acumulado de billones de moléculas golpeando las paredes es lo que se mide como presión.

Hay tres variables principales que determinan la cantidad de presión que un gas ejercerá en un contenedor cerrado: el tamaño del contenedor, la temperatura del gas y la cantidad de gas en el recipiente.

Tamaño del contenedor

Si el tamaño de un recipiente cerrado es disminuido, las moléculas de gas dentro tendrán distancias menores para recorrer antes de golpear una de las paredes, de modo que hay más colisiones. La presión del gas dentro aumentará de modo inversamente proporcional al cambio en tamaño. Disminuye el tamaño del contenedor a la mitad, y la presión se duplica. Esto es lo que sucede en un motor de combustión interna cuando la mezcla de combustible y aire es comprimida en el cilindro por el pistón.

Temperatura del gas

La temperatura es de hecho una medida de la energía cinética de una sustancia. La energía "cinética" simplemente significa energía del movimiento. Cuando se calienta un gas, se da más energía cinética a las moléculas de gas, lo que significa que las colisiones entre las moléculas y las paredes del contenedor son más frecuentes y más fuertes. Los científicos usan la escala de temperatura Kelvin, que tiene los mismos tamaños de grados que la escala Celsius (o centígrada), pero que comienza en el cero absoluto, 273 grados por debajo del cero en la escala Celsius, y casi 460 grados por debajo del cero en la Fahrenheit. Usando la escala Kelvin, el aumento en la presión es directamente proporcional al aumento de la temperatura. Si la temperatura en Kelvin se duplica, la presión también se duplica.

Cantidad de gas en un recipiente

Cuando la goma de un auto está "baja" no tiene suficiente presión dentro como para soportar el peso del auto. La bomba de aire en una estación de servicio remedia esa situación forzando a que más aire entre en la goma. Debido a que ésta no puede expandirse demasiado, el aire extra causa que la presión del aire dentro aumente. Más moléculas en el mismo espacio significa que habrá más colisiones contra las paredes. Si la goma no pudiese expandirse en lo absoluto, duplicar la cantidad de aire en ella duplicaría la presión.