El gas explicado desde el principio: ciencia, historia, energía y seguridad

Un gas es un estado de la materia en el que las partículas están tan separadas y se mueven con tanta libertad que no conservan ni forma ni volumen propios: ocupan por completo cualquier recipiente que las contenga.

Imagina que abres un frasco de perfume en una esquina de una habitación cerrada. En pocos minutos alguien situado en la esquina opuesta lo percibe. Ese comportamiento —una sustancia que se expande sin ayuda hasta llenar todo el espacio disponible— es la firma inconfundible del estado gaseoso. Ningún sólido y ningún líquido hacen eso por sí solos.

La materia que nos rodea se presenta habitualmente en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Lo que los distingue no es la clase de partículas, sino cuánta energía tienen esas partículas y cuánto las sujetan las fuerzas de atracción entre ellas. El agua de un vaso, el hielo de una nevera y el vapor que sale de una olla están hechos exactamente de las mismas moléculas de H₂O; lo único que cambia es cómo se mueven y cuán unidas están.

Gas, vapor y aire: tres palabras que no significan lo mismo

En el habla cotidiana se usan como sinónimos, pero conviene separarlas porque en esta guía aparecerán muchas veces:

El vacío que llevamos dentro

Esa última cifra merece detenerse. Si pudieras ampliar un centímetro cúbico de aire hasta el tamaño de un estadio de fútbol, las moléculas serían como pequeñas canicas separadas entre sí por varios metros, moviéndose a cientos de metros por segundo y chocando constantemente. Esa geometría —mucho espacio, poca materia, mucho movimiento— explica casi todo lo que un gas hace: que se comprima, que se expanda, que se mezcle, que fluya por una tubería y que, si es combustible, arda con violencia cuando encuentra oxígeno.

Por eso el estudio de los gases fue históricamente tan difícil: se trataba de investigar algo invisible, sin forma, que se escapaba de cualquier recipiente mal cerrado y que durante siglos se confundió con «aire viciado», «espíritus» o «exhalaciones». La historia de cómo la humanidad aprendió a atrapar, pesar y clasificar los gases ocupa el módulo 2 de esta guía.

Compresibilidad, expansibilidad, difusión, fluidez y baja densidad: cinco propiedades que se derivan de una sola causa, la enorme separación entre partículas.

1. Compresibilidad

Un gas puede reducirse de volumen aplicándole presión, y mucho. Es lo que permite guardar el contenido de cientos de litros de gas dentro de una bombona portátil o de un cilindro de acero. En un sólido o en un líquido las partículas ya están prácticamente en contacto, así que por más que apretemos apenas cederán; en un gas, en cambio, hay espacio de sobra que eliminar antes de que las partículas empiecen a estorbarse.

2. Expansibilidad

Lo contrario también es cierto: liberado de su recipiente, el gas se expande hasta ocupar todo el volumen disponible, sin necesidad de que nadie lo empuje. No existe un «montón de gas» que se quede quieto en una esquina de la habitación. Esta propiedad tiene una consecuencia de seguridad enorme: una fuga pequeña acaba distribuyendo gas por todo el espacio cerrado, incluso lejos del punto donde se produjo.

3. Difusión y efusión

La difusión es la mezcla espontánea de dos gases hasta lograr una distribución uniforme. La efusión es la salida de un gas a través de un orificio diminuto. Ambas ocurren más rápido cuanto más ligeras son las moléculas: el hidrógeno se escapa mucho antes que el dióxido de carbono por el mismo agujero. Ese hecho —formalizado en la ley de Graham— se utilizó durante el siglo XX para separar isótopos y hoy sirve para diseñar detectores y membranas de separación de gases.

4. Fluidez

Los gases fluyen, como los líquidos, pero con una viscosidad muchísimo menor. Por eso pueden transportarse a través de miles de kilómetros de tubería y por eso también se cuelan por rendijas, juntas mal apretadas o conexiones flojas que retendrían sin problema a un líquido.

5. Baja densidad

La densidad de un gas es del orden de mil veces menor que la del mismo material en estado líquido. Esta comparación cotidiana lo ilustra bien:

Comparación visual de densidades relativas al aire

Las barras representan la densidad relativa respecto al aire. Todo lo que quede por encima de la barra ámbar se hunde; todo lo que quede por debajo, flota.

El modelo mental que explica, con cinco supuestos sencillos, prácticamente todo el comportamiento observable de los gases.

Durante el siglo XIX, físicos como Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann construyeron una explicación de por qué los gases se comportan como lo hacen. La idea de partida es casi ingenua: un gas es un enjambre de partículas diminutas en movimiento perpetuo y desordenado. De ahí se deduce todo lo demás.

Los cinco postulados

• 1 Un gas está formado por un número enorme de partículas (moléculas o átomos) cuyo volumen propio es despreciable frente al volumen del recipiente.
• 2 Esas partículas se mueven continuamente, en línea recta y en todas direcciones, hasta que chocan entre sí o contra las paredes.
• 3 Los choques son perfectamente elásticos: no se pierde energía cinética total en ellos, aunque sí se redistribuye entre las partículas.
• 4 Salvo durante el choque, no existen fuerzas de atracción ni de repulsión apreciables entre las partículas.
• 5 La energía cinética media del conjunto es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

Qué explica cada postulado

La distribución de velocidades

No todas las moléculas de un gas se mueven a la misma velocidad. Maxwell y Boltzmann describieron la distribución estadística de esas velocidades: hay muchas partículas cerca de un valor típico, unas pocas muy lentas y unas pocas extraordinariamente rápidas. Al aumentar la temperatura, toda la curva se desplaza hacia la derecha y se aplana: aparecen más moléculas veloces.

Esa cola de moléculas rápidas es la razón profunda de que una mezcla de gas y aire necesite una energía de activación para encenderse: hace falta que suficientes moléculas superen cierto umbral energético. Una chispa, una llama piloto o una superficie caliente proporcionan ese empujón inicial. Volveremos sobre ello en la sección 25.

Para describir por completo el estado de un gas basta con cuatro magnitudes. Entenderlas bien es la llave para entender todas las leyes que vienen después.

Presión (P)

Es la fuerza que el gas ejerce por unidad de superficie. Su origen, como vimos, son los impactos moleculares contra las paredes. La unidad del Sistema Internacional es el pascal (Pa), que equivale a un newton por metro cuadrado. Como el pascal es una unidad muy pequeña, en la práctica se usan múltiplos y otras unidades heredadas:

Volumen (V)

Es el espacio que ocupa el gas, que coincide con el del recipiente. Se mide en metros cúbicos (m³) o en litros (1 m³ = 1000 L). Una particularidad importante del gas comercializado: cuando la factura habla de metros cúbicos, se refiere a metros cúbicos medidos en unas condiciones convenidas de presión y temperatura, porque el mismo gas ocupa distinto volumen en invierno que en verano.

Temperatura (T)

Es la medida de la energía cinética media de las partículas. En las leyes de los gases siempre se emplea la escala absoluta o Kelvin, cuyo cero corresponde a la ausencia total de movimiento térmico:

Usar grados Celsius en una ley de los gases es uno de los errores más comunes al empezar, y produce resultados absurdos: implicaría que a 0 °C el gas no tiene volumen.

Cantidad de sustancia (n)

Se expresa en moles. Un mol contiene un número fijo de partículas —aproximadamente 6,022 × 10²³, el número de Avogadro— del mismo modo que una docena contiene doce unidades. La gracia del mol es que relaciona el mundo invisible de las moléculas con las masas que podemos pesar en una balanza: un mol de metano pesa 16 gramos; un mol de propano, 44.

Cinco relaciones descubiertas entre los siglos XVII y XIX que resumen el comportamiento de cualquier gas cuando no está sometido a condiciones extremas.

Ley de Boyle-Mariotte (1662)

A temperatura constante, el volumen de una masa de gas es inversamente proporcional a la presión. Si duplicas la presión, el volumen se reduce a la mitad.

Es la ley que explica por qué una jeringa tapada se vuelve dura al empujar el émbolo, por qué las burbujas crecen al ascender desde el fondo de un lago y por qué respirar consiste, físicamente, en aumentar el volumen del tórax para que la presión interna baje y el aire entre solo.

Ley de Charles (1787)

A presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Calentar un gas encerrado en un recipiente flexible lo hincha.

Es el principio del globo aerostático: el aire caliente del interior es menos denso que el frío del exterior, y el conjunto asciende. También es la razón por la que un balón dejado al sol parece a punto de reventar.

Ley de Gay-Lussac (1808)

A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Es la ley más relevante para la seguridad: un recipiente rígido lleno de gas que se calienta ve subir su presión sin que nada lo advierta desde fuera.

Ley de Avogadro (1811)

Volúmenes iguales de gases distintos, medidos a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas. Dicho de otro modo: el volumen es proporcional a la cantidad de sustancia, sin importar de qué gas se trate.

Ley de Dalton de las presiones parciales (1801)

En una mezcla de gases, cada componente ejerce la presión que ejercería si estuviera solo en el recipiente, y la presión total es la suma de todas ellas.

Gracias a esta ley se calcula cuánto oxígeno respiramos realmente en altura, se diseñan mezclas para buceo y se entiende por qué el gas natural, que es una mezcla, se comporta como un promedio ponderado de sus componentes.

Ejemplo resuelto

El modelo perfecto, sus límites y qué ocurre cuando un gas se enfría o se comprime lo suficiente como para volverse líquido.

La ecuación de los gases ideales

Combinando las leyes anteriores se obtiene una sola expresión que las contiene a todas:

Un «gas ideal» es una idealización que cumple exactamente los postulados de la teoría cinética: partículas puntuales, sin atracción mutua y con choques perfectamente elásticos. Ningún gas real es así, pero muchos se le parecen tanto en condiciones normales que la ecuación funciona con un error de apenas un uno por ciento.

Cuándo falla el modelo

Johannes Diderik van der Waals corrigió la ecuación en 1873 introduciendo dos términos: uno que descuenta el volumen ocupado por las propias moléculas y otro que tiene en cuenta su atracción mutua. Su trabajo le valió el Premio Nobel de Física de 1910 y sigue siendo la base del diseño de equipos de licuefacción.

Cambios de estado: condensación y licuefacción

Un gas puede pasar a líquido de dos maneras: enfriándolo por debajo de su temperatura de condensación o comprimiéndolo, siempre que estemos por debajo de su temperatura crítica. Esa temperatura crítica es un límite infranqueable: por encima de ella, ninguna presión —por brutal que sea— consigue licuar la sustancia.

Con esto cerramos el bloque de física fundamental. Ya sabemos qué es un gas, cómo se comporta y qué reglas obedece. Toca ahora una pregunta distinta y fascinante: ¿cómo llegó la humanidad a saber todo esto?

A comienzos del siglo XVII, un médico y alquimista flamenco necesitó una palabra que no existía para nombrar algo que nadie antes había separado del aire.

Durante más de dos mil años, la filosofía natural occidental funcionó con la teoría de los cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. En ese esquema, el aire era una sustancia única y elemental. Todo lo que flotaba, humeaba o se evaporaba era simplemente «aire» en algún estado de suciedad o alteración.

Jan Baptist van Helmont (1580-1644) quemó carbón vegetal y observó algo que le pareció decisivo: 62 libras de carbón dejaban apenas una libra de ceniza. Las 61 libras restantes se habían convertido en algo invisible que él no podía recoger ni pesar, pero cuya existencia era innegable. A ese «espíritu silvestre» —que hoy sabemos que era principalmente dióxido de carbono— lo llamó gas.

Van Helmont identificó también un gas sylvestre que se producía en la fermentación del vino y en la combustión, y otro inflamable que aparecía en las cloacas. No pudo aislarlos —le faltaba la técnica— pero rompió la idea de que el aire era único. Ese fue su gran aporte: convertir lo invisible en un objeto legítimo de estudio.

El obstáculo técnico

Durante otro siglo, la investigación se estancó por una razón puramente práctica: no había manera de capturar un gas sin que se escapara. Los recipientes abiertos no servían, y los cerrados estallaban o se llenaban de líquido. Hasta que en 1727 el clérigo inglés Stephen Hales perfeccionó la cuba neumática: un recipiente con agua sobre el que se coloca un frasco invertido lleno de líquido; el gas generado se conduce por un tubo, burbujea hacia arriba y desplaza el agua, quedando atrapado y medido.

Puede parecer un detalle menor, pero fue el equivalente al telescopio para la astronomía. Con la cuba neumática empezó la edad de oro de la química de los gases.

En apenas cincuenta años se aislaron y describieron los gases fundamentales: dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.

Joseph Black y el «aire fijo» (1754)

Estudiando la magnesia y la caliza, el escocés Joseph Black demostró que al calentarlas liberaban un aire que apagaba las velas, asfixiaba a los animales pequeños y enturbiaba el agua de cal. Lo llamó aire fijo, porque estaba «fijado» dentro del sólido. Era el dióxido de carbono. Black hizo algo revolucionario: lo pesó, y demostró que la masa se conservaba en la reacción.

Henry Cavendish y el «aire inflamable» (1766)

Al hacer reaccionar metales con ácidos, Cavendish recogió un gas extraordinariamente ligero que ardía con una llama casi invisible y producía… agua. Ese descubrimiento —que el agua no era un elemento, sino un compuesto— desmontó definitivamente la teoría clásica. Al gas se le llamó después hidrógeno, «generador de agua». Cavendish era tan meticuloso y tan reservado que buena parte de su obra se publicó décadas después de su muerte.

Daniel Rutherford y el «aire flogisticado» (1772)

Rutherford encerró un ratón en un recipiente cerrado hasta que murió, quemó después una vela en el mismo aire hasta que se apagó, y absorbió el dióxido de carbono restante con álcali. Quedaba un gas que no mantenía la vida ni la combustión, pero que tampoco era tóxico por sí mismo: el nitrógeno.

Priestley, Scheele y el oxígeno (1771-1774)

El sueco Carl Wilhelm Scheele lo obtuvo primero, hacia 1771, pero publicó tarde. El inglés Joseph Priestley lo consiguió en 1774 calentando óxido de mercurio con una lente que concentraba la luz del sol. Al introducir una vela en aquel gas, la llama se avivaba intensamente; un ratón vivía en él más tiempo del esperado. Priestley lo probó él mismo y escribió que se sentía especialmente ligero y cómodo.

Volta y el gas de los pantanos

En 1776, Alessandro Volta —el mismo de la pila eléctrica— leyó sobre un gas inflamable que brotaba de los humedales. Fue al lago Mayor, removió el fondo con un palo, recogió las burbujas en un frasco invertido y comprobó que ardían. Había aislado el metano: el mismo compuesto que hoy llega a millones de cocinas por tubería. Aquel gas de pantano y el gas natural son químicamente lo mismo.

Antoine Lavoisier no descubrió el oxígeno, pero fue quien entendió qué era, y con ello reescribió la química entera.

La teoría del flogisto sostenía que al arder los cuerpos liberaban una sustancia. El problema era incómodo: cuando se quemaba un metal, el residuo pesaba más que el metal original. Para salvar la teoría, algunos autores llegaron a proponer que el flogisto tenía peso negativo.

Lavoisier, que trabajaba con balanzas de una precisión inusual para su época, hizo el experimento decisivo: calentó mercurio en un recipiente cerrado con aire durante doce días. El mercurio se cubrió de un polvo rojo y el volumen del aire disminuyó aproximadamente una quinta parte. El aire restante no mantenía la combustión. Después calentó fuertemente el polvo rojo y recuperó el mercurio y, exactamente, el gas desaparecido.

Nada se crea, ni en las operaciones del arte ni en las de la naturaleza, y puede sentarse como principio que en toda operación hay una igual cantidad de materia antes y después.

— Idea central del Tratado elemental de química (1789)

La conclusión fue demoledora: el aire no era un elemento, sino una mezcla de al menos dos gases. Uno de ellos —al que Lavoisier bautizó oxígeno— se combinaba con las sustancias al arder, y por eso el residuo pesaba más. La combustión no era una pérdida, sino una unión. El flogisto no existía.

Con Lavoisier, el estudio de los gases dejó de ser una colección de curiosidades para convertirse en el núcleo de la química moderna. En pocas décadas ese conocimiento saltó del laboratorio a la calle, literalmente.

Antes de que existieran las redes de gas natural hubo otra industria del gas, fabricada a partir del carbón, que cambió para siempre la vida nocturna de las ciudades.

Si se calienta carbón mineral en ausencia de aire —un proceso llamado pirólisis o destilación seca— el carbón no arde: se descompone. Quedan tres productos: un residuo sólido (el coque, valiosísimo para la siderurgia), un líquido oscuro y viscoso (el alquitrán de hulla, del que nacería la industria de los colorantes y los fármacos) y una mezcla gaseosa inflamable conocida como gas de hulla o gas ciudad.

Una transformación social

El escocés William Murdoch iluminó su casa con gas de hulla en 1792 y una fábrica entera en 1802. En 1807 se encendió el primer alumbrado público por gas en Pall Mall, Londres. En 1812 se fundó la primera compañía de gas del mundo. Antes de que terminara el siglo, casi todas las grandes ciudades europeas y americanas tenían su fábrica de gas, su gasómetro y su red de faroles.

El impacto fue mucho mayor que el simple confort. Las calles iluminadas redujeron la delincuencia nocturna. Las fábricas pudieron trabajar en turnos de noche, con todo lo que eso supuso —para bien y para mal— en la organización del trabajo industrial. Los teatros, cafés y bibliotecas ampliaron sus horarios. Nació, en un sentido muy literal, la vida nocturna urbana moderna.

El manguito incandescente

Un invento de 1885 del químico austríaco Carl Auer von Welsbach prolongó la vida del alumbrado de gas: una malla de tejido impregnada en óxidos de torio y cerio que, colocada sobre la llama, emitía una luz blanca intensa. Multiplicó por seis el rendimiento luminoso y permitió al gas competir con la naciente bombilla eléctrica durante otras tres décadas.

La industria del gas de alumbrado se extinguió, pero dejó dos herencias que siguen entre nosotros: las redes urbanas de tubería enterrada, que después se reaprovecharon para el gas natural, y la cultura industrial de operar un combustible gaseoso a escala de ciudad.

Durante el siglo XIX, un puñado de físicos se obsesionó con una pregunta: ¿puede convertirse cualquier gas en líquido? La respuesta abrió una industria entera.

Michael Faraday licuó el cloro en 1823 casi por accidente, calentando un extremo de un tubo cerrado en forma de U mientras enfriaba el otro. Con esa técnica consiguió licuar varios gases más. Pero seis de ellos —oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, metano, monóxido de carbono y óxido nítrico— resistieron todos los intentos. Se los llamó, con cierta frustración, «gases permanentes».

La explicación la dio en 1869 Thomas Andrews con el concepto de temperatura crítica: por encima de ella ninguna presión licúa un gas. Los «gases permanentes» no eran especiales; simplemente nadie los había enfriado lo suficiente.

Cómo se enfría un gas hasta licuarlo

El truco central se llama efecto Joule-Thomson: cuando un gas comprimido se expande bruscamente a través de una válvula estrecha, se enfría. Repitiendo el ciclo —comprimir, enfriar el gas comprimido, expandir— la temperatura baja en escalera hasta que el gas condensa. Ese mismo principio está funcionando ahora mismo en el frigorífico de tu cocina y en el aire acondicionado de cualquier edificio.

La criogenia no fue una curiosidad de laboratorio. De ella nacieron el oxígeno medicinal, la soldadura industrial, los cohetes de combustible líquido, la conservación de muestras biológicas, la resonancia magnética —que necesita helio líquido para sus imanes— y, naturalmente, la posibilidad de transportar gas natural por barco en forma de GNL.

Cómo un gas que durante décadas se consideró un estorbo molesto de los pozos de petróleo acabó siendo la tercera fuente de energía del planeta.

Durante la primera mitad del siglo XX, el gas natural que salía junto al petróleo era un problema logístico. Como no podía almacenarse fácilmente ni transportarse lejos, en muchos campos se quemaba en antorcha directamente en el pozo, una práctica llamada flaring. Se estimaba que era imposible llevarlo a los centros de consumo.

La era de los grandes gasoductos

Dos avances técnicos cambiaron el panorama: la soldadura eléctrica de tuberías de acero sin costura y las estaciones de compresión de alta capacidad. A partir de los años treinta y, sobre todo, tras la Segunda Guerra Mundial, se tendieron gasoductos de cientos y luego miles de kilómetros. El gas dejó de ser un residuo local para convertirse en una mercancía transportable.

La conversión de las redes urbanas

Sustituir el gas ciudad por gas natural en una ciudad entera no era trivial: ambos gases tienen distinto poder calorífico y distinta velocidad de llama, de modo que todos los quemadores y todos los inyectores debían ajustarse o cambiarse, aparato por aparato, casa por casa. En países como el Reino Unido, la conversión nacional ocupó una década entera y afectó a decenas de millones de artefactos. Fue una de las mayores operaciones logísticas civiles de la historia.

El gas natural licuado abre el mercado global

En 1959 un buque de carga adaptado transportó por primera vez metano líquido cruzando el Atlántico, y en 1964 empezó el comercio regular de GNL. Al poder embarcarse, el gas dejó de depender de que existiera una tubería entre productor y consumidor. Hoy, el mapa energético mundial se explica en buena medida por quién tiene plantas de licuefacción, quién tiene terminales de regasificación y por dónde pasan los gasoductos.

El presente: un combustible en discusión

El gas natural ocupa una posición peculiar en el debate energético. Por un lado, emite aproximadamente la mitad de dióxido de carbono que el carbón por unidad de energía producida y apenas genera partículas ni azufre, lo que ha mejorado la calidad del aire en muchas ciudades. Por otro, sigue siendo un combustible fósil, y las fugas de metano no quemado a lo largo de la cadena de suministro tienen un efecto climático considerable, porque el metano es un gas de efecto invernadero mucho más potente que el CO₂ en el corto plazo.

Ese equilibrio —menos contaminante que el carbón, pero fósil al fin y al cabo— es el motivo por el que se habla del gas como «energía de transición», y también el motivo por el que se investigan sustitutos gaseosos como el biogás y el hidrógeno, que tratamos en la sección 35.

Una capa delgadísima comparada con el tamaño del planeta, y sin embargo suficiente para sostener la vida, filtrar la radiación y repartir el calor.

Si la Tierra tuviera el tamaño de una manzana, la atmósfera sería más fina que su piel. La mitad de toda su masa se concentra en los primeros 5,5 kilómetros de altura, y el 99 % por debajo de los 30 kilómetros. Por encima, la densidad decae hasta confundirse con el vacío del espacio.

Composición del aire seco

A esta composición hay que sumarle el vapor de agua, que es muy variable: desde casi cero en un desierto frío hasta un 4 % en una selva tropical. Por eso las tablas se dan siempre «en aire seco».

Las capas de la atmósfera

Por qué hay menos oxígeno en altura

Es una confusión frecuente. La proporción de oxígeno sigue siendo del 21 % en la cima del Everest, igual que a nivel del mar. Lo que cambia es la presión total: como hay menos aire encima empujando, cada respiración introduce menos moléculas. Por la ley de Dalton, la presión parcial de oxígeno cae, y con ella la cantidad que puede pasar a la sangre. De ahí el mal de altura.

Los tres primeros componentes del aire tienen personalidades químicas radicalmente distintas: uno es casi indiferente, otro extraordinariamente reactivo y el tercero absolutamente inerte.

Nitrógeno: la inercia útil

El nitrógeno molecular (N₂) tiene un triple enlace entre sus dos átomos, uno de los enlaces más fuertes que se conocen. Romperlo cuesta muchísima energía, y por eso el N₂ es prácticamente inerte a temperatura ambiente. Esa inercia es una bendición: si el aire fuera oxígeno puro, cualquier chispa desataría incendios incontrolables. El nitrógeno actúa como un diluyente que modera la combustión de todo el planeta.

Industrialmente, esa misma inercia se aprovecha para crear atmósferas protectoras: envasar alimentos sin que se oxiden, purgar tuberías antes de una reparación o evitar explosiones en depósitos de combustible.

Oxígeno: el gas que hace posible el fuego y la vida

El oxígeno molecular es un oxidante potente. Su presencia en la atmósfera terrestre no es un hecho geológico casual, sino el resultado de miles de millones de años de fotosíntesis: antes de que aparecieran las cianobacterias, el aire de la Tierra prácticamente no contenía oxígeno libre.

Gases nobles: la familia que no reacciona

Helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón forman el grupo 18 de la tabla periódica. Su capa electrónica externa está completa, así que no necesitan formar enlaces. Fueron los últimos en descubrirse precisamente porque no reaccionan con nada: no dejaban rastro químico.

El aire como materia prima

Enfriando aire hasta licuarlo y destilándolo después por etapas se separan sus componentes, aprovechando que cada uno hierve a distinta temperatura. Es una de las industrias químicas más grandes del mundo, y la fuente de todo el oxígeno hospitalario, del nitrógeno alimentario y del argón de soldadura.

Un gas que representa apenas cuatro moléculas de cada diez mil en la atmósfera y del que, sin embargo, depende la temperatura del planeta y la existencia de las plantas.

El dióxido de carbono (CO₂) es una molécula lineal formada por un átomo de carbono entre dos de oxígeno. Es incoloro, inodoro en bajas concentraciones, más denso que el aire y no es inflamable, cualidad que lo ha convertido en agente extintor.

El ciclo del carbono

El carbono circula continuamente entre cuatro grandes depósitos: la atmósfera, la biosfera, los océanos y las rocas y combustibles fósiles. Los flujos naturales son enormes y están aproximadamente equilibrados; el problema surge cuando se añade un flujo nuevo que el sistema no puede compensar a la misma velocidad.

Usos técnicos del CO₂

• ✦Bebidas carbonatadas: disuelto a presión, aporta la efervescencia y una acidez ligera.
• ✦Extintores: desplaza el oxígeno y enfría; útil en fuegos eléctricos porque no deja residuo.
• ✦Hielo seco: CO₂ sólido a −78 °C que sublima sin mojar; se usa en cadena de frío.
• ✦Invernaderos: enriquecer el aire con CO₂ acelera el crecimiento de ciertos cultivos.
• ✦Extracción supercrítica: descafeinado del café y obtención de aromas sin disolventes tóxicos.

La molécula más simple de la familia de los hidrocarburos es a la vez el principal componente del gas natural, un producto de la digestión de las vacas y un potente gas de efecto invernadero.

El metano (CH₄) es un átomo de carbono rodeado de cuatro de hidrógeno en una disposición tetraédrica perfectamente simétrica. Esa simetría explica muchas de sus propiedades: es apolar, poco soluble en agua, incoloro e inodoro.

Dos orígenes muy distintos

Dónde está el metano de la Tierra

• 1Yacimientos convencionales: acumulado en rocas porosas bajo una capa impermeable.
• 2Yacimientos no convencionales: atrapado en rocas de baja permeabilidad como lutitas o en capas de carbón.
• 3Hidratos de metano: moléculas de metano encerradas en jaulas de hielo en fondos marinos y permafrost. Se calcula que contienen una cantidad enorme de carbono, difícil de explotar y potencialmente inestable si el clima se calienta.
• 4Emisiones biológicas actuales: humedales naturales, ganadería, cultivo de arroz y residuos orgánicos.

Un gas de efecto invernadero muy potente

Molécula por molécula, el metano atrapa mucha más radiación infrarroja que el dióxido de carbono. En un horizonte de veinte años, su potencial de calentamiento se estima unas ochenta veces superior al del CO₂; a cien años, alrededor de treinta veces, porque el metano se degrada en la atmósfera en poco más de una década, mientras que el CO₂ persiste siglos. Esa doble característica —muy potente pero de vida corta— hace que reducir las fugas de metano sea una de las medidas climáticas de efecto más rápido.

Qué es exactamente el efecto invernadero, por qué es imprescindible y en qué momento deja de ser una ventaja.

La Tierra recibe energía del Sol principalmente en forma de luz visible, que atraviesa la atmósfera casi sin obstáculo. La superficie se calienta y devuelve esa energía al espacio en forma de radiación infrarroja, de longitud de onda mayor. Aquí es donde intervienen ciertos gases: sus moléculas pueden vibrar de modo que absorben justo esa radiación infrarroja y la reemiten en todas direcciones, incluida la de vuelta hacia abajo.

Por qué el nitrógeno y el oxígeno no cuentan

Aunque forman el 99 % del aire, N₂ y O₂ son moléculas diatómicas simétricas: al vibrar no cambian su distribución de carga y por tanto no interactúan con la radiación infrarroja. Los gases de efecto invernadero son los que tienen tres o más átomos, o al menos dos átomos distintos: vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozono y los gases fluorados de origen industrial.

El caso del ozono: bueno arriba, malo abajo

El ozono (O₃) desempeña dos papeles opuestos según dónde se encuentre. En la estratosfera forma una capa que absorbe la radiación ultravioleta más dañina y protege la vida en la superficie. En la troposfera, cerca del suelo, es un contaminante irritante que se forma por reacción de óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles bajo la luz solar, y constituye el principal componente de la niebla fotoquímica urbana.

El Protocolo de Montreal, adoptado en 1987 para eliminar los clorofluorocarbonos que destruían la capa de ozono, se cita habitualmente como el acuerdo ambiental internacional de mayor éxito: las mediciones muestran una recuperación lenta pero sostenida de la capa. Es un ejemplo de que las decisiones colectivas sobre gases atmosféricos pueden funcionar.

No es una sustancia pura, sino una mezcla cuya composición varía según el yacimiento del que proceda. El metano manda, pero no está solo.

Gas seco y gas húmedo

Se llama gas seco al que es casi metano puro, y gas húmedo al que contiene proporciones apreciables de hidrocarburos más pesados que pueden condensar. La palabra «húmedo» no se refiere al agua, sino a esos líquidos del gas natural que se separan en planta y se venden aparte como etano, propano, butano y gasolina natural.

Gas asociado y no asociado

El gas también cambia de un país a otro

Como la composición varía, también varía el poder calorífico del gas que llega a las casas. Por eso las redes especifican una calidad de gas y por eso los aparatos se fabrican para familias de gases concretas. Un quemador diseñado para gas natural no funciona correctamente con propano sin cambiar el inyector: el propano tiene mucha más energía por metro cúbico y necesita un orificio más pequeño.

El gas que enciendes hoy empezó a formarse hace decenas o cientos de millones de años, a partir de organismos microscópicos enterrados bajo sedimentos.

Los cuatro ingredientes de un yacimiento

Si falta cualquiera de los cuatro, no hay yacimiento explotable. Por eso la exploración es cara y arriesgada: se puede acertar con la geología general y aun así perforar en un punto donde el sello estaba roto y el gas se escapó hace millones de años.

La ventana del gas

La materia orgánica enterrada se transforma según la temperatura, que aumenta con la profundidad. Hasta cierto punto se genera petróleo; más abajo y más caliente, el propio petróleo se «craquea» y se produce gas. Los geólogos hablan de la ventana del petróleo —aproximadamente entre 60 y 120 °C— y de la ventana del gas, por encima de esa temperatura.

Tipos de trampas

• AEstructurales: pliegues anticlinales o fallas que crean una cúpula donde se acumula el gas.
• BEstratigráficas: cambios laterales de porosidad, arrecifes fósiles o cuñas de arena que quedan rodeadas de roca impermeable.
• CMixtas: combinación de ambas, frecuentes en cuencas complejas.
• DDomos salinos: masas de sal que ascienden por su menor densidad y deforman las capas superiores creando trampas laterales.

Encontrar un yacimiento es un ejercicio de deducción indirecta: nadie ve el gas hasta que el pozo llega a él.

Fase 1: exploración

Se empieza con cartografía geológica de superficie y estudios de cuenca. Después llegan los métodos geofísicos, que permiten «ver» el subsuelo sin excavarlo:

Fase 2: perforación

El método dominante es la perforación rotatoria: una broca gira en el fondo mientras un lodo especial circula por el interior de la tubería, refrigera la broca, arrastra los recortes de roca hasta la superficie y, sobre todo, contrapesa con su peso la presión de los fluidos del subsuelo para evitar una erupción incontrolada.

A diferencia del petróleo, el gas rara vez necesita bombeo: la presión del yacimiento suele bastar para empujarlo hasta la superficie durante buena parte de la vida del pozo. Esa es una de las razones por las que producir gas resulta comparativamente sencillo una vez encontrado.

Perforación direccional

Desde finales del siglo XX es posible desviar el pozo y hacerlo avanzar horizontalmente dentro de la capa productora durante cientos o miles de metros. Esto multiplica el contacto con la roca y permite alcanzar varias zonas desde una sola plataforma en superficie, reduciendo la huella ambiental por unidad de gas producido.

El gas que sale del pozo no es apto para una tubería ni para un quemador. Antes de viajar, tiene que perder el agua, el azufre, el dióxido de carbono y los hidrocarburos pesados.

1. Separación de líquidos y sólidos

Lo primero es un separador que aprovecha la gravedad y el cambio de velocidad para dejar caer el agua de formación, el condensado y la arena que arrastra la corriente.

2. Deshidratación

El agua es un enemigo doble: forma ácidos corrosivos junto al CO₂ y puede generar hidratos, sólidos parecidos al hielo que taponan tuberías a temperaturas superiores a 0 °C cuando hay presión alta. Se elimina absorbiéndola en glicol o adsorbiéndola en tamices moleculares.

3. Endulzamiento

Se llama gas «amargo» al que contiene sulfuro de hidrógeno (H₂S), un compuesto extraordinariamente tóxico y corrosivo. Se retira haciéndolo circular en contracorriente con una solución de aminas que lo absorbe químicamente y luego lo libera al calentarse, permitiendo reutilizar la amina. El azufre recuperado se convierte en producto comercial.

4. Extracción de líquidos del gas natural

Enfriando la corriente se condensan etano, propano, butano y gasolinas naturales, que se separan por destilación fraccionada. No son residuos: el etano alimenta la industria petroquímica del plástico y el propano y el butano se envasan como GLP.

5. Ajuste final y odorización

Antes de entrar en la red se ajusta el poder calorífico —a veces mezclando gases de distintos orígenes— y se añade el odorizante. En este punto, el gas ya es el que llegará a tu casa.

Mover un gas a escala continental es un problema de ingeniería mayor que mover un líquido, porque el gas ocupa mucho volumen por unidad de energía. Existen tres soluciones.

Gasoductos

Tuberías de acero soldado, generalmente enterradas, que transportan el gas a presiones que pueden superar los 70 bar en los troncales de transmisión. Cada cierta distancia hay una estación de compresión que restituye la presión perdida por rozamiento. El interior se inspecciona con dispositivos autopropulsados que recorren la tubería midiendo el espesor de la pared y detectando corrosión o abolladuras.

Gas natural licuado (GNL)

Enfriando el metano hasta −162 °C se convierte en líquido y reduce su volumen unas 600 veces. Eso lo hace transportable por barco a cualquier punto del planeta. La cadena completa es impresionante:

Gas natural comprimido (GNC)

Aquí el gas no se licúa: simplemente se comprime a unos 200-250 bar y se almacena en cilindros de alta resistencia. Reduce el volumen unas 200 veces, bastante menos que el GNL, pero no requiere frío extremo. Es la solución habitual para vehículos y para abastecer poblaciones sin conexión a la red mediante camiones cisterna.

Almacenamiento estacional

El consumo de gas es muy estacional —se dispara en invierno por la calefacción— pero la producción y el transporte son continuos. La solución es almacenar el excedente del verano en formaciones geológicas: antiguos yacimientos agotados, acuíferos profundos o cavernas excavadas en domos de sal. Estas últimas permiten inyectar y extraer con gran rapidez, por lo que se usan para cubrir picos puntuales de demanda.

Para millones de hogares del mundo, «el gas» no llega por tubería sino en un cilindro metálico que alguien entrega en la puerta. Ese gas es distinto del de la red y tiene sus propias reglas.

El GLP —gas licuado del petróleo— es una mezcla de propano (C₃H₈) y butano (C₄H₁₀) obtenida al fraccionar el gas natural o al refinar petróleo. Su gran ventaja es que, a temperatura ambiente, basta una presión modesta para mantenerlos líquidos. Así, un cilindro contiene líquido en su parte inferior y vapor encima, y a medida que se consume el vapor, más líquido se evapora para reponerlo.

Propano y butano no son intercambiables

Buenas prácticas con cilindros

• ✓Mantenerlos siempre en posición vertical, apoyados sobre su base.
• ✓Colocarlos en lugares ventilados, a nivel del suelo o por encima, nunca en sótanos.
• ✓Alejados de fuentes de calor, de la luz solar directa prolongada y de material inflamable.
• ✓Cerrar la válvula cuando no se usen, aunque el cilindro parezca vacío.
• ✓Revisar periódicamente la manguera y sustituirla según la vida útil indicada por el fabricante.
• ✕Nunca trasvasar gas de un cilindro a otro ni manipular la válvula.
• ✕Nunca calentar un cilindro para «que salga mejor el gas».
• ✕Nunca usar cilindros con óxido profundo, abolladuras o válvula dañada.

El último tramo del viaje: cómo baja la presión, por qué el gas huele y qué mide exactamente el contador de tu casa.

La cascada de presiones

El gas no puede entrar en una vivienda a la presión del gasoducto troncal. Entre el yacimiento y el quemador hay una sucesión de reducciones controladas por estaciones de regulación:

Conviene interiorizar la magnitud: la presión que llega al quemador de una cocina es de unos veinte milibares, es decir, unas dos centésimas de la presión atmosférica. No es una presión capaz de reventar nada por sí sola; el peligro del gas doméstico no está en la presión, sino en su inflamabilidad cuando se acumula mezclado con aire.

Por qué el gas huele

Tanto el metano como el propano y el butano son inodoros. Para hacerlos detectables se les añade un odorizante: normalmente mercaptanos o sulfuros orgánicos, en cantidades minúsculas —del orden de unos pocos miligramos por metro cúbico—. El criterio técnico universal es que el olor debe ser claramente perceptible cuando la concentración de gas en el aire alcanza una quinta parte del límite inferior de inflamabilidad, es decir, mucho antes de que la mezcla pueda arder.

El contador y la factura

El contador doméstico mide volumen, en metros cúbicos. Pero lo que se factura es energía, en kilovatios hora, porque lo que compras realmente es capacidad de calentar. La conversión se hace multiplicando el volumen por dos factores:

• 1El factor de conversión corrige el volumen a condiciones normalizadas de presión y temperatura, porque un metro cúbico de gas frío contiene más moléculas que uno caliente.
• 2El poder calorífico superior depende de la composición del gas suministrado en tu zona y suele publicarse periódicamente.

Anatomía de la acometida

Arder es, químicamente, unirse al oxígeno liberando energía. Entender cómo ocurre es la base de todo lo que viene después, incluida la seguridad.

La reacción del metano

Fíjate en los productos: dióxido de carbono y agua. Por eso los aparatos de gas producen humedad, y por eso en invierno se empañan los cristales de una cocina donde se está cocinando con gas. También por eso la combustión necesita evacuar sus productos: si el CO₂ y el vapor se acumulan, desplazan al oxígeno y la combustión se degrada.

El triángulo del fuego

Para que exista combustión hacen falta tres cosas simultáneamente. Si eliminas una cualquiera, el fuego se apaga. Este principio elemental gobierna tanto la extinción de incendios como la prevención doméstica.

Límites de inflamabilidad

Aquí hay una idea que sorprende a mucha gente: no toda mezcla de gas y aire arde. Si hay demasiado poco gas, la mezcla está por debajo del límite inferior de inflamabilidad (LII) y no se enciende. Si hay demasiado, está por encima del límite superior (LSI) y tampoco: falta oxígeno. Solo dentro de esa franja intermedia la mezcla es explosiva.

El color de la llama de tus quemadores es un diagnóstico gratuito que puedes hacer todos los días. Aprender a interpretarlo es una de las habilidades más útiles de esta guía.

Combustión completa: la llama azul

Cuando el gas se mezcla previamente con suficiente aire antes de arder —que es lo que hace un quemador tipo Bunsen— la reacción es rápida y completa. El resultado es una llama azul, con un cono interior más claro, estable, silenciosa, que no produce hollín y que alcanza temperaturas altas. Los productos son CO₂ y vapor de agua.

Combustión incompleta: la llama amarilla

Si falta aire, parte del carbono no llega a oxidarse del todo. Se forman partículas incandescentes de carbono que emiten luz amarilla —el mismo fenómeno que ilumina una vela— y aparecen dos productos indeseables: hollín y, sobre todo, monóxido de carbono.

Qué causa una llama amarilla

• 1Orificios del quemador obstruidos por grasa, restos de comida o corrosión.
• 2Entrada de aire primario cerrada, sucia o mal regulada.
• 3Ventilación insuficiente en el recinto: la propia combustión ha consumido el oxígeno.
• 4Inyector inadecuado para el tipo de gas o para la altitud del lugar.
• 5Recipientes demasiado grandes que ahogan la llama contra la base.

Las zonas de una llama

En una llama de quemador de laboratorio bien regulada se distinguen tres regiones: el cono interior, donde el gas aún no ha reaccionado y la temperatura es relativamente baja; el manto de reacción, la zona luminosa donde ocurre la oxidación; y la punta, la parte más caliente, donde la combustión se completa con el oxígeno del ambiente. Por eso, en el laboratorio, se calienta con la punta de la llama y no con su base.

Cuánta energía guarda un combustible, cómo se mide y por qué existen dos cifras distintas para el mismo gas.

Superior e inferior

Al quemar un hidrocarburo se produce vapor de agua. Ese vapor lleva energía en forma de calor latente. Si el equipo consigue condensarlo, recupera esa energía; si el vapor se va caliente por la chimenea, se pierde.

La diferencia entre ambos ronda el 10 % en el gas natural. De ahí que las calderas de condensación puedan anunciar rendimientos superiores al 100 %: no crean energía, simplemente se comparan con el PCI mientras aprovechan parte del calor que esa referencia daba por perdido.

Unidades que te vas a encontrar

• JJulio (J): unidad del SI. Muy pequeña para uso doméstico.
• cCaloría (cal): 4,184 J. Energía para elevar 1 °C un gramo de agua.
• WKilovatio hora (kWh): 3,6 millones de julios. La unidad de la factura.
• TTermia (th): 100 000 BTU, usada en algunos mercados de gas.
• BBTU: unidad térmica británica, 1055 J. Habitual en climatización.

En la sección 44 encontrarás un conversor interactivo que traduce entre todas estas unidades sin que tengas que memorizar ningún factor.

Un ejemplo cotidiano

La mayor parte del gas que se consume en los hogares del mundo se destina a tres tareas muy concretas.

Cocción

La cocina de gas ofrece una respuesta térmica inmediata: la potencia sube o baja en el instante en que giras el mando, sin la inercia de una placa eléctrica tradicional. A cambio, todo el calor se genera dentro de la vivienda y los productos de combustión se liberan al ambiente, por lo que la extracción y la ventilación no son un accesorio decorativo sino parte del sistema.

Agua caliente sanitaria

Hay dos filosofías. El calentador instantáneo calienta el agua solo cuando abres el grifo, sin depósito y sin pérdidas por espera, pero necesita una potencia elevada. El acumulador mantiene un depósito caliente permanentemente: responde antes y da más caudal simultáneo, a costa de perder calor por las paredes del tanque.

Calefacción

Una caldera calienta agua que circula por radiadores o por suelo radiante. Las calderas de condensación recuperan calor de los humos y trabajan mejor a temperaturas de impulsión bajas, lo que las hace especialmente compatibles con el suelo radiante. Un buen aislamiento del edificio influye más en el consumo final que casi cualquier ajuste del equipo: la energía que no se pierde no hay que producirla.

Una nota sobre la calidad del aire interior

Cualquier combustión en interior modifica el aire que respiras: consume oxígeno y aporta vapor de agua, dióxido de carbono y, en menor medida, óxidos de nitrógeno. En un aparato bien mantenido y con ventilación adecuada, esos productos se evacúan sin problema. El riesgo aparece cuando se cierran rejillas, se sellan ventanas «para no perder calor» o se usan aparatos de exterior dentro de casa. La ventilación no es un capricho normativo: es la condición que hace segura la combustión.

Una parte importante de la electricidad mundial se genera quemando gas natural en centrales de un diseño particularmente ingenioso.

La turbina de gas

Funciona con el mismo principio que un motor de avión: se comprime aire, se le inyecta combustible, se quema la mezcla y los gases calientes se expanden a través de una turbina que gira y mueve un alternador. Es un ciclo Brayton. Por sí sola, una turbina de gas alcanza rendimientos en torno al 35-40 %: el resto de la energía se va por el escape en forma de gases a más de 500 °C.

El ciclo combinado

La idea brillante consiste en no desperdiciar ese calor de escape. Se hace pasar por una caldera de recuperación que produce vapor, y ese vapor mueve una segunda turbina que genera más electricidad. Dos ciclos térmicos encadenados alcanzan rendimientos que superan el 60 %, los más altos de cualquier central térmica convencional.

Cogeneración

En una industria, un hospital o un complejo residencial puede interesar producir a la vez electricidad y calor útil para procesos o calefacción. Eso es la cogeneración, y su aprovechamiento global de la energía del combustible puede superar el 80 %, porque el calor no es un residuo sino un producto.

El papel del gas en un sistema eléctrico con renovables

Las centrales de gas tienen una virtud técnica poco visible pero decisiva: pueden arrancar y variar su producción con rapidez. En un sistema con mucha energía solar y eólica —cuya producción depende del clima— esa flexibilidad ayuda a cubrir los momentos en que el recurso renovable escasea. Es el motivo por el que el gas se describe a menudo como «respaldo» del sistema, y también el motivo de la discusión sobre cuánto tiempo debe durar ese papel, dado que sigue emitiendo CO₂.

Coches, autobuses, camiones y barcos que funcionan con metano o con GLP: cómo lo hacen y qué ventajas e inconvenientes tiene.

Las tres formas de llevar gas a bordo

Cómo funciona un motor de gas

Un motor de encendido por chispa admite gas natural o GLP con adaptaciones relativamente moderadas: se sustituye la inyección de combustible líquido por inyectores de gas y se ajusta la electrónica. El metano tiene un índice de octano muy alto, lo que permite relaciones de compresión elevadas y buen rendimiento. En motores diésel pesados se emplean sistemas de doble combustible, donde una pequeña inyección de gasóleo actúa como iniciador de la combustión del gas.

Transporte marítimo

El sector naval ha adoptado el GNL como combustible con relativa rapidez, sobre todo por motivos de calidad del aire: elimina prácticamente las emisiones de azufre y de partículas en puertos y zonas costeras. El reto pendiente es el llamado metano no quemado, la pequeña fracción que escapa sin arder en algunos tipos de motor y que reduce el beneficio climático de la sustitución.

Detrás de casi cualquier objeto manufacturado hay al menos un gas que intervino en su fabricación, aunque no quede rastro de él en el producto final.

El proceso Haber-Bosch: el gas que alimenta al mundo

Merece una mención aparte. A comienzos del siglo XX, Fritz Haber y Carl Bosch desarrollaron un método para combinar el nitrógeno del aire con hidrógeno y producir amoníaco, la base de los fertilizantes nitrogenados. Requiere altas presiones, temperaturas elevadas y un catalizador de hierro.

Se ha estimado que una parte muy considerable del nitrógeno presente en el cuerpo humano de una persona media pasó en algún momento por este proceso. Es, probablemente, la reacción química con mayor impacto demográfico de la historia: sin ella, la agricultura no habría podido sostener el crecimiento de la población del siglo XX. También es una historia con sombras, porque el mismo conocimiento se aplicó a la fabricación de explosivos y de gases de guerra.

Cómo se distribuyen los gases industriales

En un hospital, los gases llegan por tuberías como el agua o la electricidad, y están regulados como medicamentos.

Aire medicinal y vacío

Los hospitales distribuyen además aire medicinal, comprimido y filtrado para respiradores y nebulizadores, y una red de vacío para aspiración de secreciones. Las tomas murales de cada gas están codificadas por color y por forma mecánica, de modo que sea físicamente imposible conectar un equipo a la toma equivocada. Ese diseño «a prueba de error» es un principio de seguridad clínica.

Gases anestésicos y su impacto ambiental

Algunos anestésicos inhalados halogenados son gases de efecto invernadero muy potentes, y el óxido nitroso también contribuye al calentamiento y afecta a la capa de ozono. Muchos centros sanitarios han incorporado sistemas de captura y prácticas de dosificación ajustada para reducir esas emisiones, un ejemplo poco conocido de cómo la química de los gases conecta la medicina con el clima.

Buena parte de lo que hay en tu nevera llegó allí en buenas condiciones gracias a un gas.

Envasado en atmósfera modificada

Consiste en sustituir el aire del interior del envase por una mezcla de gases elegida según el alimento. El oxígeno favorece la oxidación de las grasas y el crecimiento de muchos microorganismos; eliminarlo o reducirlo alarga notablemente la vida útil sin necesidad de aditivos químicos.

Congelación criogénica

Rociar nitrógeno líquido o dióxido de carbono sobre un alimento lo congela en segundos. La ventaja no es solo la velocidad: al congelarse tan rápido, los cristales de hielo que se forman dentro del producto son diminutos y dañan mucho menos la estructura celular. El resultado es un alimento que, al descongelarse, pierde menos líquido y conserva mejor la textura.

Carbonatación

El CO₂ disuelto a presión en una bebida forma una pequeña cantidad de ácido carbónico, que aporta el punto ácido característico, y al abrir el envase la caída de presión libera el gas en burbujas. Es la ley de Henry en acción: la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a su presión parcial.

Refrigerantes

Un frigorífico funciona con un gas que se comprime, se enfría hasta condensar, se expande —enfriándose bruscamente— y absorbe calor del interior al evaporarse. La historia de los refrigerantes es un buen ejemplo de aprendizaje colectivo:

Desde la fabricación de un microprocesador hasta la exploración espacial, hay gases cumpliendo funciones que ningún sólido ni líquido podría desempeñar.

Microelectrónica

Fabricar un chip exige atmósferas de una pureza extraordinaria. Se emplean gases ultrapuros para depositar capas atómicas, para grabar patrones microscópicos mediante plasma y para purgar las cámaras entre pasos. Una contaminación de unas pocas partes por mil millones puede arruinar una oblea entera.

Iluminación y visualización

Los tubos de descarga contienen gases nobles a baja presión que emiten luz de color característico al ser excitados eléctricamente. El argón y el kriptón rellenan lámparas incandescentes para evitar que el filamento se evapore. Las pantallas de plasma, hoy históricas, funcionaban con celdas de neón y xenón.

Aeroespacial

El hidrógeno líquido y el oxígeno líquido forman una de las combinaciones propulsoras más eficientes que existen, y su producto de combustión es únicamente vapor de agua. El helio, inerte y ligerísimo, se usa para presurizar los depósitos de los cohetes y para comprobar la estanqueidad de sistemas críticos: es tan pequeño que se cuela por fisuras que ningún otro gas atravesaría, lo que lo convierte en el mejor trazador de fugas.

Análisis químico

La cromatografía de gases separa los componentes de una mezcla haciendo que un gas portador —helio, nitrógeno o hidrógeno— arrastre la muestra a través de una columna. Cada sustancia avanza a distinta velocidad y sale en un momento distinto, lo que permite identificarla y cuantificarla. Es la técnica con la que se analiza la composición exacta de un gas natural, la calidad de un perfume o la presencia de contaminantes en un alimento.

Física de bajas temperaturas

El helio líquido permitió descubrir la superconductividad en 1911 y la superfluidez en 1938, dos comportamientos cuánticos visibles a escala macroscópica. Hoy sostiene la resonancia magnética hospitalaria, los aceleradores de partículas y buena parte de la investigación en computación cuántica. Es también un recurso finito en la Tierra: el helio que escapa a la atmósfera se pierde definitivamente al espacio, lo que ha generado un debate serio sobre su conservación.

Dos candidatos a sustituir progresivamente al gas natural, con lógicas muy distintas: uno recicla carbono que ya estaba en circulación; el otro prescinde del carbono por completo.

Biogás: energía a partir de residuos

Se produce por digestión anaerobia: bacterias y arqueas descomponen materia orgánica en ausencia de oxígeno dentro de un reactor cerrado. La materia prima puede ser estiércol, restos agrícolas, residuos de alimentos, lodos de depuradora o la fracción orgánica de la basura urbana.

Su gran atractivo es doble: gestiona un residuo que de otro modo emitiría metano sin control en un vertedero, y produce energía. El carbono que libera al quemarse es el mismo que las plantas capturaron hace meses, no el que estaba enterrado desde hace millones de años. Por eso se considera un gas renovable.

Hidrógeno: el vector energético sin carbono

El hidrógeno no es una fuente de energía: es un vector. No se extrae de ningún yacimiento en cantidades útiles; hay que fabricarlo gastando energía, y su valor está en almacenarla y transportarla. Al quemarse o al pasar por una pila de combustible produce únicamente agua.

¿Y el gas de las cocinas del futuro?

Se estudia inyectar pequeñas proporciones de hidrógeno en las redes de gas natural existentes, así como el uso de biometano, que es químicamente idéntico al gas natural y por tanto totalmente compatible con la infraestructura y con los aparatos actuales. En paralelo, muchos países promueven la electrificación directa de la cocción y la calefacción mediante bombas de calor. Es probable que el futuro no sea una sola solución, sino una combinación distinta según el clima, la vivienda y los recursos de cada región.

Saber qué hay detrás de la pared y qué hace cada elemento convierte una emergencia confusa en una secuencia de decisiones claras.

Los componentes

Aparatos de cámara abierta y de cámara estanca

Quién puede intervenir

Cualquier modificación de la instalación fija —mover una toma, ampliar la tubería, instalar o cambiar un aparato de gas, alterar la evacuación de humos— debe realizarla personal técnico habilitado, con las pruebas de estanqueidad correspondientes. Lo que sí corresponde a la persona usuaria es la vigilancia cotidiana: mirar la llama, mantener libres las rejillas, limpiar los quemadores, comprobar la fecha del flexible y avisar ante cualquier anomalía.

Ninguna otra medida individual previene tantos accidentes domésticos con gas como mantener el aire en movimiento.

La ventilación cumple tres funciones simultáneas, y las tres son críticas:

Las dos rejillas

Una instalación bien diseñada tiene ventilación en dos alturas, y no es un capricho:

• ▲La rejilla superior permite salir al aire caliente, al vapor y a un eventual escape de gas natural, que es más ligero que el aire.
• ▼La rejilla inferior deja entrar aire fresco y permite que salga un eventual escape de GLP, que se acumula a ras de suelo.

El caso especial del garaje y el sótano

Los espacios semienterrados combinan dos factores adversos: suelen tener poca renovación de aire y están por debajo del nivel del suelo, justo donde se acumularía el GLP. Por eso la recomendación general es no almacenar cilindros de gas en sótanos, no dormir en espacios con aparatos de combustión sin evacuación y no hacer funcionar motores de combustión en recintos cerrados ni siquiera con la puerta entreabierta.

Existen cinco señales, y conviene conocerlas todas porque ninguna es infalible por sí sola.

5. El detector de gas

Es la única señal que funciona de noche, en ausencia de personas y sin depender de la percepción humana. Existen dos tipos que no deben confundirse:

La prueba del agua jabonosa

Es el método casero clásico para localizar el punto exacto de una fuga pequeña en una conexión accesible, una vez que la zona está ventilada y la llave cerrada:

Memoriza esta secuencia. En una emergencia no hay tiempo de razonar desde cero, y el orden de los pasos importa.

Situaciones concretas

No huele, no se ve, no irrita y sus primeros síntomas se confunden con una gripe. Es el riesgo más traicionero asociado a cualquier combustión, no solo a la de gas.

El monóxido de carbono (CO) se forma cuando un combustible arde sin oxígeno suficiente. En lugar de completar la oxidación hasta CO₂, el carbono se queda a medio camino. Puede producirlo cualquier aparato de combustión mal ajustado, mal ventilado o con la evacuación obstruida: una caldera, un calentador, una estufa, una chimenea, un brasero, una barbacoa o un generador.

Síntomas por concentración

Las señales que delatan una intoxicación

• !Dolor de cabeza que mejora al salir de casa y reaparece al volver.
• !Varias personas de la vivienda con los mismos síntomas a la vez.
• !Mascotas apáticas o enfermas sin causa aparente; suelen verse afectadas antes.
• !Síntomas que aparecen siempre cuando funciona un aparato concreto.
• !Somnolencia intensa y confusión, especialmente peligrosas porque impiden reaccionar.

Prevención

Recorre tu casa con esta lista. Marca cada punto que ya cumplas; los que queden sin marcar son tu plan de acción. Las marcas se guardan en tu propio navegador y nadie más las ve.

Quince preguntas sobre ciencia, historia, energía y seguridad. Cada respuesta incluye su explicación, así que también sirve para repasar.

Sesenta términos que aparecen en esta guía y en cualquier documento técnico sobre gas. Busca por palabra o filtra por letra inicial.

Acometida

Tramo de tubería que une la red de distribución con la instalación de un edificio o vivienda.

Adsorción

Retención de moléculas de gas en la superficie de un sólido. Es el principio de los tamices moleculares y de los filtros de carbón activo.

Amina

Compuesto usado en las plantas de tratamiento para absorber el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono del gas natural.

Antorcha

Quemador de seguridad que arde de forma controlada el gas excedente en una instalación de producción o refino.

Autoignición

Temperatura a la que una mezcla combustible se enciende por sí sola, sin necesidad de chispa ni llama.

Avogadro (número de)

Cantidad de partículas contenidas en un mol: aproximadamente 6,022 × 10²³.

Biogás

Mezcla de metano y dióxido de carbono producida por digestión anaerobia de materia orgánica.

Biometano

Biogás depurado hasta alcanzar una calidad equivalente a la del gas natural, apto para inyectar en la red.

Boil-off

Vapor generado por la evaporación natural del GNL dentro de un tanque criogénico; suele aprovecharse como combustible.

Butano

Hidrocarburo C₄H₁₀ que forma parte del GLP. Hierve cerca de 0 °C, por lo que pierde eficacia con frío.

Cámara estanca

Aparato cuyo circuito de combustión está aislado del ambiente interior: toma el aire del exterior y expulsa allí los humos.

Carboxihemoglobina

Compuesto que se forma cuando el monóxido de carbono se une a la hemoglobina, impidiendo el transporte de oxígeno.

Cero absoluto

Temperatura mínima teórica, −273,15 °C, en la que cesa el movimiento térmico de las partículas.

Ciclo combinado

Central eléctrica que aprovecha los gases de escape de una turbina de gas para generar vapor y mover una segunda turbina.

Cogeneración

Producción simultánea de electricidad y calor útil a partir de un mismo combustible.

Combustión completa

Oxidación total del combustible; produce dióxido de carbono y agua, con llama azul y sin hollín.

Combustión incompleta

Oxidación parcial por falta de aire; genera monóxido de carbono, hollín y llama amarilla.

Comburente

Sustancia que alimenta la combustión aportando oxígeno. El aire es el comburente habitual.

Condensación

Paso de gas a líquido por enfriamiento o compresión.

Contador

Instrumento que mide el volumen de gas consumido en una instalación.

Criogenia

Conjunto de técnicas para producir y manejar temperaturas extremadamente bajas.

Densidad relativa

Cociente entre la densidad de un gas y la del aire. Determina si el gas sube o baja al fugarse.

Difusión

Mezcla espontánea de dos gases hasta lograr una composición uniforme.

Digestión anaerobia

Descomposición de materia orgánica por microorganismos en ausencia de oxígeno, con producción de biogás.

Efecto invernadero

Retención de radiación infrarroja por ciertos gases atmosféricos, que eleva la temperatura de la superficie.

Efecto Joule-Thomson

Enfriamiento que experimenta un gas al expandirse bruscamente a través de una restricción.

Efusión

Salida de un gas a través de un orificio muy pequeño.

Endulzamiento

Proceso de eliminación del sulfuro de hidrógeno y del dióxido de carbono del gas natural.

Estanqueidad

Propiedad de una instalación que no permite fugas. Se comprueba con ensayos de presión.

Estequiometría

Cálculo de las proporciones exactas en que reaccionan las sustancias químicas.

Fatiga olfativa

Pérdida temporal de la capacidad de percibir un olor tras una exposición continuada.

Gas ideal

Modelo teórico de gas sin volumen propio ni fuerzas intermoleculares, que cumple exactamente PV = nRT.

Gas natural

Mezcla de hidrocarburos gaseosos, mayoritariamente metano, extraída de yacimientos subterráneos.

Gasoducto

Tubería de gran diámetro para el transporte de gas a larga distancia.

GLP

Gas licuado del petróleo: mezcla de propano y butano que se almacena líquida a presión moderada.

GNC

Gas natural comprimido, almacenado en estado gaseoso a unos 200-250 bar.

GNL

Gas natural licuado: metano enfriado a −162 °C, que ocupa unas 600 veces menos volumen.

Hidrato de gas

Sólido cristalino en el que moléculas de gas quedan atrapadas en una jaula de moléculas de agua.

Índice de Wobbe

Parámetro que indica si dos gases son intercambiables en un mismo quemador.

Inyector

Orificio calibrado que regula el caudal de gas que entra en un quemador. Depende del tipo de gas.

Kelvin

Unidad de temperatura absoluta. Se obtiene sumando 273,15 a los grados Celsius.

Límite de inflamabilidad

Concentración mínima o máxima de gas en aire dentro de la cual la mezcla puede arder.

Llama azul

Indicativo de combustión completa, con aire suficiente y sin producción de hollín.

Manómetro

Instrumento que mide la presión, normalmente respecto a la atmosférica.

Mercaptano

Compuesto de azufre añadido al gas para darle olor y hacer detectables las fugas.

Metano

Hidrocarburo CH₄, componente principal del gas natural. Inodoro y más ligero que el aire.

Mol

Unidad de cantidad de sustancia que agrupa el número de Avogadro de partículas.

Monóxido de carbono

Gas tóxico, incoloro e inodoro, producido por combustión incompleta.

Odorización

Adición de sustancias olorosas al gas para que una fuga pueda percibirse.

Pascal

Unidad de presión del Sistema Internacional, equivalente a un newton por metro cuadrado.

Poder calorífico

Energía liberada por unidad de combustible al quemarse. Se distingue entre superior e inferior.

Presión parcial

Presión que ejercería un componente de una mezcla si ocupara solo el recipiente.

Propano

Hidrocarburo C₃H₈ del GLP. Hierve a −42 °C, por lo que funciona bien en exteriores fríos.

Punto crítico

Condición de presión y temperatura por encima de la cual no puede distinguirse líquido de gas.

Reformado con vapor

Proceso que convierte metano y vapor de agua en hidrógeno y dióxido de carbono.

Regulador

Dispositivo que reduce y estabiliza la presión del gas antes de su uso.

Roca almacén

Formación porosa y permeable capaz de contener hidrocarburos en sus poros.

Roca sello

Capa impermeable que impide que el gas siga migrando hacia la superficie.

Sulfuro de hidrógeno

Gas H₂S, muy tóxico y corrosivo, presente en algunos gases naturales llamados amargos.

Temperatura crítica

Temperatura por encima de la cual un gas no puede licuarse por mucha presión que se aplique.

Teoría cinético-molecular

Modelo que explica el comportamiento de los gases a partir del movimiento de sus partículas.

Ventilación cruzada

Renovación rápida del aire abriendo aberturas opuestas para crear corriente.

Yacimiento

Acumulación subterránea de hidrocarburos susceptible de explotación.

Una herramienta práctica para pasar de kilovatios hora a julios, de bares a pascales o de metros cúbicos de gas a energía. Todo el cálculo se hace en tu navegador.

Creencias muy extendidas que conviene revisar, porque algunas de ellas conducen a decisiones peligrosas.

Dudas habituales de quienes conviven a diario con una instalación de gas.

Quién la escribe, cómo se financia, con qué criterios se ha redactado y qué límites tiene.