Gas monoatómico - Monatomic gas
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 .
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. Si bien estos elementos se han descrito históricamente como completamente inertes, los compuestos químicos se han sintetizado con todos menos neón y helio.
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 Avogadro ( ) de átomos, de modo que la energía de un mol de átomos de un gas monoatómico es , donde R es la constante del gas .
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:
- 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 ).