PROPIEDADES
DE LOS GASES
Las propiedades de la materia en
estado gaseoso son :
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2.
Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las
moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando
aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
TEORÍA
CINÉTICA MOLECULAR
La teoría cinética de los gases se
enuncia en los siguientes postulados, teniendo en cuenta un gas ideal o
perfecto:
1. Las sustancias están
constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre si; su
volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que
hay entre ellas.
2. Las moléculas de un gas son
totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción
intermolecular alguna.
3. Las moléculas de un gas se
encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre si y
contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas.
4. Los choques de las moléculas son
elásticas , no hay perdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede
existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.
5. La energía cinética media
de las moléculas , es directamente proporcional a la temperatura absoluta del
gas; se considera nula en el cero absoluto.
Los gases reales existen, tienen
volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener
comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones : temperatura altas
y presiones muy bajas.
VARIABLES
QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
1.
PRESIÓN :
Es
la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma
uniforme sobre todas las partes del recipiente.
P = F ÷ A
= Pascal
= N/m2
P
= F ÷ A Presión
(
dinas ) ( cm2 ) = dinas / cm2
Otras
unidades usadas para la presión : gramos fuerza / cm2, libras /
pulgadas2.
La presión atmosférica es la fuerza
ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie
terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se
halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión
sobre él será menor.
Presión
atmosférica = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atmósfera
La
presión atmosférica fue determinada experimentalmente por TORRICELLI, la
siguiente figura muestra su experimento.
TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del
calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en
unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno
frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.
La temperatura de un gas es
proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor
energía cinética mayor temperatura y viceversa.
La temperatura de los gases se
expresa en grados kelvin.
K =
°C + 2
3.
CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede
medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de
unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de
sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso
molecular.
4. VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un
cuerpo.
Unidades de volumen:
Unidades de volumen:
m3 = 1000 litros litro = 1000 centímetros cúbicos
1cm3 = 1 mililitro
LEYES
DE LOS GASES
LEY
DE BOYLE
LEY
DE BOYLE: a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente
proporcional a la presión , es decir, que a mayor presión menor volumen y
viceversa, matemáticamente se expresaría así:
V α
1/P
Para
transformar la proporcionalidad en igualdad se debe incluir una constante de
proporcionalidad,
V
= K
1 /P
Si
despejamos la K tendríamos:
K = VP
Si la
relación de VP es igual a una constante entonces podríamos decir que
LEY
DE CHARLES
LEY
DE CHARLES: A
presión constante, el volumen de una masa dada de gas varia directamente con la
temperatura absoluta
Es
decir que si la temperatura aumenta el volumen también aumenta, matemáticamente
se expresa así:
V α T
Para
convertir la proporcionalidad en igualdad, incluimos una constante de
proporcionalidad:
V =
K T
Al
despejar la K tendríamos:
K = V/T
Por
consiguiente , V1/T1 =
V2 /T2
V1
P1 =
V2 P2
APLICACIONES
Los globos aerostáticos están
compuestos por una bolsa que encierra una masa de gas más ligero que el aire y
de ahí que se conozcan popularmente como globos. En la parte inferior de esta
bolsa puede ir una estructura sólida denominada barquilla o se le puede
"atar" cualquier tipo de cuerpo, como por ejemplo un sensor.
Como no tienen ningún tipo de
propulsor, los aerostatos se "dejan llevar" por las corrientes de
aire, aunque sí hay algunos tipos que pueden controlar su elevación.
Los globos aerostáticos se elevan,
debido a que el aire caliente de su interior (producido por una antorcha
encendida) tiene menor densidad que el aire frío que lo rodea, haciendo que el
globo flote.
LEY DE GAY LUSSAC
A volumen constante , la presión de
un gas es directamente proporcional a la temperatura
Es
decir que si la temperatura aumenta la presión también aumenta, matemáticamente
se expresa así:
P α T
Para
convertir la proporcionalidad en igualdad, incluimos una constante de
proporcionalidad:
P =
K T
Al
despejar la K tendríamos:
K = P/T
Por
consiguiente , P1/T1 =
P2 /T2
APLICACIONES
La
olla
a presión es un recipiente hermético para
cocinar que no permite la salida de aire o líquido por debajo de una presión
establecida. Debido a que el punto de
ebullición del agua aumenta cuando se incrementa la presión, la presión dentro
de la olla permite subir la temperatura de ebullición por encima de 100 °C
(212 °F), en concreto hasta unos 130 °C. La temperatura más alta hace
que los alimentos se cocinen más rápidamente llegando a dividirse los tiempos
de cocción tradicionales entre tres o cuatro.
LEY
DE DALTON. LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES
La
presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones
parciales ejercidas por cada uno de los gases en la mezcla.
Cada
gas que participa en la mezcla ejerce una presión que es independiente de la de
los otros gases presentes. Estas presiones se llaman presiones parciales. Asi, si
tenemos una mezcla de tres gases A,B,C que ejercen presiones
parciales de 5oToo, 150 toor y 400 torr, respectivamente, la presión
total será de 600 torr.
Una aplicación de la ley de Dalton es en
la recolección de gases insolubles sobre agua. Cuando el oxígeno se prepara en
el laboratorio se colecta por el desplazamiento de agua hacia abajo, De modo
que el oxígeno no está puro sino mezclado con vapor de agua, en este caso la
presión atmosférica será iguala:
Patm= PO2 +
P H2O
HIPÓTESISI
AVOGADRO: Volúmenes iguales de cualquier gas
en las mismas condiciones de temperatura y presión , contienen el mismo numero
de moléculas
V α
n
Para
transformar la proporcionalidad en igualdad se debe incluir una constante de
proporcionalidad,
V
= K
n
V
=6.02 x 10 23 moléculas
(C.N)
V = 22.4 L
ECUACIÓN
DE ESTADO:
Si se combinan adecuadamente las
leyes de Boyle
y Charles con el principio de Avogadro, se llega a una expresión que
relaciona simultáneamente el volumen de determinada cantidad de un gas con la
presión y la temperatura del mismo. Esta ecuación recibe el nombre de ecuación
de estado o ley de los gases ideales :
PV = nRT
R se conoce como la constante
universal de los gases ideales y su valor depende de las unidades en que se
expresen las diversas cantidades. Por convención, el volumen de un gas se
expresa en litros, el valor de n en moles, la temperatura en °K y la presión en
atmósferas.
El
valor de la constante R, para una mol de cualquier gas a condiciones normales
se determina a partir de la ecuación anterior así :
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