Clases De Gases

CLASE DE GASES

Elaborado: María Eugenia Marcano

Propiedades generales de los gases

Estado Gaseoso

A nivel submicroscópico o molecular:

1. Poseen alta entropía (alto grado de desorden molecular) debido a que las fuerzas de repulsión (Fr) o fuerzas de desorden predominan sobre las fuerzas de atracción o cohesión (Fa)

2. Poseen grandes espacios intermoleculares, las moléculas de un gas están muy separadas. Así por ejemplo a 25°C y 1 atm de presión, sólo el 0,1% del volumen que ocupa el gas está ocupado por las propias moléculas, el 99,99% es espacio vacío.

3. Poseen alta energía cinética molecular, puesto que las moléculas se mueven muy rápido. A 25°C las velocidades moleculares de los gases varían entre 200 á 2000 m/s (600 á 6000 Km/h)

A nivel macroscópico o estadístico:

Son propiedades que se miden o determinan para un conjunto de moléculas.

1. Comprensibilidad: El volumen de un gas se puede reducir fácilmente mediante la acción de una fuerza externa. Esta propiedad de los gases se explica debido a la existencia de grandes espacios intermoleculares.

¿Es posible comprimir un gas hasta que su volumen sea cero, aplicando una fuerza muy grande?

Nunca. Si la fuerza es muy grande, la presion del gas seria tan grande que vencería la resistencia del recipiente y estallaría. Si la temperatura fuese baja ( menor o igual a la temperatura critica) el gas se licuaria, ya en estado líquido seria imposible comprimirlo.

2. Expansión: Un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene debido a la alta energía cinética traslacional de las moléculas.

¿Porque el aire que es una mezcla gaseosa, no se expande por todo el universo?

La explicación es simple, la fuerza de atracción gravitatoria impide que algún cuerpo material pueda abandonar la orbita terrestre, salvo que supere la velocidad mínima para vencer la gravedad que es 11 Km/s, que las moléculas de aire no pueden adquirir en forma natural.

3. Difusión: Consiste en que las moléculas de un gas se trasladan a través de otro cuerpo material (sólido, líquido o gas), debido a su alta energía cinética y alta entropía. Cuando uno siente el olor y aroma de una flor o una fruta es debido a la difusión de ciertas sustancias (ésteres) que se difunden en forma de vapor a través del aire y llega al olfato.

Otros ejemplos de difusión son:

• difusión del CO2 en bebidas gaseosas.

• difusión del H2 en el platino.

• gas lacrimógeno en el aire.

4. Efusión: Consiste en la salida de moléculas gaseosas a través de pequeñas aberturas u orificios practicados en la pared del recipiente que contiene el gas. Por ejemplo un neumático se desinfla cuando el aire comprimido se efunde a través de un orificio causado por un clavo u otro objeto similar

Estado gaseoso

Estado Gaseoso

La materia en el estado gaseoso tiene la capacidad de ocupar todo el volumen que lo posee. Cuando usted siente el viento que sopla en su cara, cuando huele la fragancia de un perfume en una habitación, o cuando percibe un olor fétido entonces usted está tomando contacto con la materia en estado gaseoso.

En nuestra vida diaria encontramos gases en en un número de situaciones distintas. Por ejemplo:

• El Cl2 se usa para purificar el agua potable

• El acetileno C2H2 se usa para soldar

• El cianuro de hidrógeno (CHN) que se usa en las cámaras de gas.

• El dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) como gases que producen el efecto invernadero.

• Los freones que son gases sintéticos, empleados en el comercio como refrigerantes.

Importancia del estado gaseoso:

Los gases han interesado y estimulado la imaginación de los científicos durante siglos. La fascinación de este estado reside en que podemos experimentar con él sin verlo, puesto que la mayoría es incoloro.

Las investigaciones sobre gases fueron fundamentales en el conocimiento de la estructura intensa de la materia. Citemos los mas importantes:

1. Lavoisier: Científico francés para descubrir la ley de conservación de la masa, estudió la reacción entre hidrógeno y oxígeno en fase gaseosa para sintetizar el agua..

2. En el desarrollo de la teoría atómica:

• Dalton, Científico inglés que planteó la idea del átomo indivisible para explicar las leyes de la combinación química y las leyes empíricas de los gases.

• Gay Lussac y Avogadro, al estudiar el comportamiento de los gases, descubrieron la ley de combinación de gases e introdujeron el concepto de molécula.

• Los electrones y protones fueron descubiertos en forma de rayos catodicos y rayos canalesrespectivamente, cuando los científicos investigaban la conductividad eléctrica en gases dentro de un tubo al vacío.

• Muchas propiedades atómicas y moleculares se han hallado en fase gaseosa, como por ejemplo la energía de ionización y la afinidad electrónica.

3. Como resultado de la comprensión de las propiedades de los gases se pudo explicar las propiedades de solidos y líquidos.

Gas Real

Estado Gaseoso

Son los gases que existen en la naturaleza, cuyas moléculas están sujetas a las fuerzas de atracción y repulsión. Solamente a bajas presiones y altas temperaturas las fuerzas de atracción son despreciables y se comportan como gases ideales.

Si se quiere afinar mas o si se quiere medir el comportamiento de algún gas que escapa al comportamiento ideal habrá que recurrir a las ecuaciones de los gases reales las cuales son variadas y más complicadas cuanto más precisas.

Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparía mas volumen. Esto se debe a que entre sus átomos / moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals.

El comportamiento de un gas suele concordar más con el comportamiento ideal cuanto mas sencilla sea su fórmula química y cuanto menor sea su reactividad (tendencia a formar enlace químico). Así por ejemplo los gases nobles al ser monoatómicos y tener muy baja reactividad, sobre todo el helio, tendrán un comportamiento bastante cercano al ideal. Les seguirán los gases diatómicos, en particular el más liviano, el hidrógeno.

Menos ideales serán los triatómicos como el dióxido de carbono, el caso del vapor de agua es aún peor ya que la molécula al ser polar tiende a establecer puentes de hidrógeno lo cual reduce aún mas la idealidad. Dentro de los gases orgánicos, el que tendrá un comportamiento mas ideal será el metano perdiendo idealidad a medida que se engrosa la cadena de carbono. Así es de esperar que el butano tenga un comportamiento más lejano a la idealidad.

También se pierde la idealidad en condiciones extremas, altas presiones o bajas temperaturas. Por otra parte la concordancia con la idealidad puede aumentar si trabajamos a bajas presiones o altas temperaturas.

Ecuación de Van der Walls para un gas real:

Donde:

• P : presión

• V : volumen

• n : número de mol-g

• T : temperatura

• a , b : parámetros moleculares de gas real que caracterizan propiedades y estructura de sus moléculas.

Cabe mencionar que a y b son constantes particulares de cada gas, independientes de la presión y temperatura. Por ejemplo para el H2 : a = 0,244 [atm-L2 / mol2] , b = 0,0266 [L / mol]

Con la llegada de la teoría atómica de la materia, las leyes empíricas antes mencionadas obtuvieron una base microscópica. El volumen de un gas refleja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen.

Mas exactamente la variable macroscópica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molécula. La presión de un gas que puede medirse con manómetros situados en las paredes del recipiente registra el cambio medido de momento lineal que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad.

Estado Gaseoso

• Ley de Gay–Lussac (1802) : Proceso isocoro o isometrico

• Ley de Jacques Charles (1787) : Proceso isobarico

• Ley de Robert Boyle (1662): Proceso isotermico

• Leyes del estado gaseoso

• Ley de Avogadro

Ley de Gay–Lussac (1802) : Proceso isocoro o isometrico

Estado Gaseoso

Joseph Gay – Lussac, científico francés, realizó trabajos similares que Charles (proceso isobarico) y era también muy aficionado a los globos. En 1804, ascendió hasta 7000 metros en un globo lleno de hidrógeno, marca record que permaneció imbatida durante 50 años. A diferencia de Charles, Gay-Lussac mostraba gran interés por laquimica, así logro aislar al elemento boro, preparó FH (fluoruro de hidrógeno) y la identificación del ácido cianhídrico o prúsico (HCN), un gas muy venenoso y tóxico. También descubrió la ley estequiométrica de gases en una relación volumétrica sencilla y constante.

Si el volumen de un gas permanece constante (proceso isócoro) para una cierta masa de un gas, su presión absoluta varía directamente proporcional a latemperatura

Explicación según la teoria cinetica molecular : al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las moléculas, como el volumen no varia entonces

...