Gas
Un gas es un estado de la materia sin forma ni volumen fijos; sus partículas se mueven rápidamente e independientemente y se dispersan para llenar cualquier recipiente.
Definition
Un gas es un estado de la materia sin forma definida ni volumen definido, porque sus partículas tienen suficiente energía para superar las atracciones entre ellas y se mueven libremente a alta velocidad, expandiéndose para llenar cualquier recipiente y ejerciendo presión mediante colisiones con sus paredes. La presión del gas sube con la temperatura, con la cantidad de gas presente, y cuando el volumen se encoge, y a nivel molecular la energía cinética térmica excede por mucho las atracciones intermoleculares, así que las partículas viajan en líneas rectas entre colisiones breves. La ley de los gases ideales, $PV = nRT$, relaciona la presión, el volumen, los moles y la temperatura para los gases a baja presión y alta temperatura, donde el volumen de las partículas y las atracciones son insignificantes, la ecuación de van der Waals corrige ambos, y la teoría cinético-molecular deriva estas leyes a partir del movimiento de las partículas, dando una velocidad cuadrática media de $v_{rms} = \sqrt{3RT/M}$.
Example
El aire en una habitación llena cada rincón, y un globo empuja hacia afuera de manera uniforme en todas direcciones mientras el gas dentro se dispersa; una bolsa sellada de papas fritas se infla en una montaña porque la presión externa que cae permite que el gas dentro se expanda, y una bomba de bicicleta se calienta porque la compresión aprieta el aire dentro de ella. Un mol de cualquier gas ideal ocupa $22.4\text{ L}$ a $0^\circ\text{C}$ y $1\text{ atm}$, y a $25^\circ\text{C}$ las moléculas de oxígeno ($M = 0.032\text{ kg/mol}$) tienen $v_{rms} \approx 482\text{ m/s}$, más rápido que la velocidad del sonido, y sin embargo un olor todavía tarda minutos en cruzar una habitación por la enorme cantidad de colisiones a lo largo del camino.
Key Insight
La mayoría de los gases son invisibles pero siguen pesando algo, razón por la cual un globo lleno de aire pesa más que uno vacío, y el agua líquida se vuelve aproximadamente $1{,}700$ veces más grande en volumen cuando hierve convirtiéndose en vapor a $100^\circ\text{C}$, ya que las partículas de gas ocupan mayormente espacio vacío. Esos mismos $22.4\text{ L}$ contienen un mol de cualquier gas sin importar qué gas sea realmente, porque el volumen del gas está determinado por el conteo de partículas y el movimiento más que por la identidad de las partículas, y la hipótesis de Avogadro sobre exactamente este punto fue lo que finalmente permitió a los químicos determinar las fórmulas moleculares.