Un globo que se encoge en el congelador o una rueda de bicicleta que se pone más dura al sol son ejemplos del comportamiento de los gases. Las leyes de los gases describen cómo se relacionan tres magnitudes: la presión, el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas.
Según la teoría cinético-molecular, un gas está formado por partículas muy separadas que se mueven sin parar y en todas direcciones. Al chocar contra las paredes del recipiente ejercen una fuerza: eso es la presión. Cuanto mayor es la temperatura, más deprisa se mueven las partículas.
Ley de Boyle-Mariotte (temperatura constante): la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Si se reduce el volumen a la mitad, la presión se duplica.
P₁ · V₁ = P₂ · V₂
Ley de Charles (presión constante): el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Si la temperatura en kelvin se duplica, el volumen se duplica.
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
Ley de Gay-Lussac (volumen constante): la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Por eso no se deben calentar los aerosoles: la presión dentro sube.
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Las tres se resumen en la ecuación general de los gases, válida para una misma cantidad de gas: P₁ · V₁ / T₁ = P₂ · V₂ / T₂.
Para resolver problemas: 1) escribe los datos; 2) pasa las temperaturas a kelvin; 3) comprueba que la presión y el volumen tienen las mismas unidades en los dos estados; 4) elige la ley según la magnitud que se mantiene constante; 5) despeja y calcula. Un error frecuente es usar grados Celsius: el resultado sale completamente equivocado, porque a 0 °C el gas no tiene «temperatura cero» y las proporciones no se cumplen.
Ejemplo 1 (Boyle). Un gas ocupa 10 L a 1 atm. Se comprime, sin cambiar su temperatura, hasta una presión de 2,5 atm. ¿Qué volumen ocupa?
P₁ · V₁ = P₂ · V₂ → 1 atm · 10 L = 2,5 atm · V₂ → V₂ = 10 / 2,5 = 4 L. Más presión, menos volumen.
Ejemplo 2 (Charles). Un globo tiene 3 L a 27 °C. Se calienta a presión constante hasta 127 °C. ¿Cuál es su nuevo volumen?
T₁ = 27 + 273 = 300 K; T₂ = 127 + 273 = 400 K. V₂ = V₁ · T₂ / T₁ = 3 · 400 / 300 = 4 L.
Ejemplo 3 (Gay-Lussac). Una rueda está a 2 atm cuando el aire está a 17 °C. Al sol, el aire interior llega a 47 °C. Suponiendo que el volumen no cambia, ¿qué presión tiene?
T₁ = 290 K; T₂ = 320 K. P₂ = P₁ · T₂ / T₁ = 2 · 320 / 290 ≈ 2,21 atm.
Un gas está en un recipiente rígido (volumen constante) a 1,5 atm y 300 K. Se calienta hasta 400 K. ¿Qué presión alcanza?
Un gas ocupa 2 L a 27 °C. Se calienta a presión constante hasta 327 °C. ¿Qué volumen ocupa?
Los átomos rara vez se encuentran aislados en la naturaleza. Tienden a unirse entre sí formando moléculas, redes cristalinas o estructuras metálicas. La fuerza que mantiene unidos a los átomos se llama enlace químico.
Los átomos se enlazan para alcanzar una configuración electrónica más estable. La mayoría buscan tener 8 electrones en su capa de valencia (regla del octeto), como los gases nobles, que son los elementos más estables de la tabla periódica.
1. Enlace iónico
Se produce entre un metal y un no metal. El metal cede electrones (se convierte en catión) y el no metal los acepta (se convierte en anión). La atracción electrostática entre iones de carga opuesta forma el enlace iónico.
Propiedades de los compuestos iónicos:
• Sólidos a temperatura ambiente, duros pero frágiles.
• Puntos de fusión y ebullición elevados.
• Muchos son solubles en agua.
• Conducen la electricidad disueltos en agua o fundidos (los iones se mueven).
2. Enlace covalente
Se produce entre no metales. Los átomos comparten pares de electrones para completar su octeto. Pueden compartir 1, 2 o 3 pares de electrones (enlace simple, doble o triple).
Propiedades de los compuestos covalentes moleculares:
• Pueden ser gases, líquidos o sólidos de bajo punto de fusión.
• No conducen la electricidad (no tienen iones ni electrones libres).
• Muchos son insolubles en agua.
3. Enlace metálico
Se produce entre átomos de metales. Los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia, que forman una «nube» o «mar de electrones» compartidos por todos los átomos. Los cationes metálicos quedan inmersos en esta nube de electrones libres.
Propiedades de los metales (explicadas por el enlace metálico):
• Buenos conductores de la electricidad y del calor (los electrones se mueven libremente).
• Dúctiles (se pueden estirar en hilos) y maleables (se pueden laminar).
• Tienen brillo metálico.
• Puntos de fusión generalmente altos.
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