¿Qué es un gas ideal?

Un gas ideal es un gas conformado por ciertas partículas que, pese a tener un desplazamiento aleatorio, no interactúan las unas con las otras, teniendo choques elásticos perfectos sin sufrir atracción ni repulsión. Estos gases se conocen como ideales porque sólo se han descrito teóricamente, aunque resultan de utilidad para el análisis de gases reales. De hecho, gases como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el dióxido de carbono o los gases nobles, se comportan como gases ideales si las condiciones de temperatura y presión son normales. No obstante, el modelo de gas ideal fracasa cuando la temperatura desciende y la presión se incrementa, momento cuando elementos como las fuerzas y el tamaño intermolecular se vuelven importantes para el análisis. El modelo de gas ideal ha sido útil para las investigaciones de la dinámica newtoniana, la mecánica cuántica, la mecánica estadística y el comportamiento de los electrones al interior de un metal, como en los modelos de Drude y del electrón libre.

El comportamiento de estos gases puede ser descrito con la ley de los gases ideales, en donde se afirma que, con temperatura constante, el volumen de una masa de gas es inversamente proporcional a la presión.

PV = k

Así, si la temperatura (k) es constante, la temperatura y la masa del gas también; pero si la presión aumenta, el volumen bajará y viceversa.

P1V1 = P2V2

En la actualidad se conocen tres tipos de gases ideales:

  • El gas ideal clásico, que puede clasificarse en gas ideal termodinámico clásico, basado en la mecánica estadística clásica y propuesto por James Clerk Maxwell; y gas ideal cuántico, propuesto por Ludwig Boltzmann.
  • El gas ideal cuántico de Bose, que estaría conformado únicamente por bosones. Este fue propuesto en un primero momento por el físico indio Satyendra Nath Bose, quien describió un gas de fotones; y el marco luego sería extendido por Albert Einstein a otras partículas con masa. Este gas en temperaturas lo suficientemente bajas crearía un condensado de Bose-Einstein.
  • El gas ideal cuántico de Fermi, que estaría conformado únicamente por fermiones (quarks y leptones). Con este modelo se pueden analizar nucleones del núcleo atómico, electrones de un metal o un semiconductor y neutrones de estrella de neutrones.