En física y química , "monoatómico" es una combinación de las palabras "mono" y "atómico", y significa " átomo único ". Suele aplicarse a los gases : un gas monoatómico es aquel en el que los átomos no están unidos entre sí. Los ejemplos en condiciones estándar incluyen los gases nobles argón, criptón y xenón, aunque todos los elementos químicos serán monoatómicos en la fase gaseosa a temperaturas suficientemente altas. El comportamiento termodinámico de un gas monoatómico es extremadamente simple en comparación con los gases poliatómicos porque está libre de cualquier energía rotacional o vibratoria . [1]
Gases nobles
Los únicos elementos químicos que son moléculas de un solo átomo estables a temperatura y presión estándar (STP) son los gases nobles . Estos son helio , neón , argón , criptón , xenón y radón . Los gases nobles tienen una capa de valencia exterior completa, lo que los convierte en especies bastante no reactivas. [2] Si bien estos elementos se han descrito históricamente como completamente inertes, los compuestos químicos se han sintetizado con todos menos neón y helio. [3]
Cuando se agrupan con los gases diatómicos homonucleares como el nitrógeno (N 2 ), los gases nobles se denominan "gases elementales" o "gases moleculares" para distinguirlos de las moléculas que también son compuestos químicos .
Propiedades termodinámicas
El único movimiento posible de un átomo en un gas monoatómico es la traslación (la excitación electrónica no es importante a temperatura ambiente). Así, por el teorema de equipartición , la energía cinética de un solo átomo de un gas monoatómico a la temperatura termodinámica T viene dada por, donde k b es la constante de Boltzmann . Un mol de átomos contiene un número de Avogadro () de átomos, de modo que la energía de un mol de átomos de un gas monoatómico es , donde R es la constante de los gases .
En un proceso adiabático , los gases monoatómicos tienen un factor γ idealizado ( C p / C v ) de 5/3, a diferencia de 7/5 para los gases diatómicos ideales donde también contribuye la rotación (pero no la vibración a temperatura ambiente). Además, para gases monoatómicos ideales: [4] [5] [6]
- la capacidad calorífica molar a presión constante ( C p ) es 5/2 R = 20,8 J K -1 mol -1 (4,97 cal K -1 mol -1 ).
- la capacidad calorífica molar a volumen constante ( C v ) es 3/2 R = 12.5 J K −1 mol −1 (2.98 cal K −1 mol −1 ).
Referencias
- ^ "gas monoatómico" . Encyclopædia Britannica . Consultado el 6 de junio de 2016 .
- ^ Laszlo, Pierre; Schrobilgen, Gary J. (1 de abril de 1988). "¿Ein Pionier oder mehrere Pioniere? Die Entdeckung der Edelgas-Verbindungen". Angewandte Chemie . 100 (4): 495–506. doi : 10.1002 / ange.19881000406 . ISSN 1521-3757 .
- ^ Christe, Karl O. (17 de abril de 2001). "Un renacimiento en la química de los gases nobles" . Angewandte Chemie International Edition . 40 (8): 1419-1421. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20010417) 40: 8 <1419 :: aid-anie1419> 3.0.co; 2-j . ISSN 1521-3773 . PMID 11317290 .
- ^ Capacidad calorífica de un gas ideal
- ^ Capacidad calorífica de los gases ideales
- ^ Conferencia 3: Termodinámica de gases ideales y calorimetría [ enlace muerto permanente ] , p. 2