Gases

U N I D A D

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Gases

1.Variables de estado 2.Leyes de los gases ideales

3. Mezcla de gases 4 Gas recogido sobre agua

INTRODUCCIÓN

Los estados clásicos de la materia son el sólido, el líquido y el gaseoso. Una sustancia presenta un estado específico dependiendo de los valores de presión y temperatura.

El estado gaseoso se caracteriza porque no tiene forma ni volumen definido y ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene.

Las leyes que regulan el comportamiento de los gases dependen de las relaciones entre las variables de estado:

Moles (n), temperatura absoluta (T), presión (P) y volumen del gas (V).

Volumen del gas:(V)

Es el volumen disponible por el gas para su movimiento y corresponde al volumen del recipiente que lo contiene menos el volumen ocupado por sus moléculas, este último es despreciable si el gas es "ideal".

Para un gas ideal: V  V del recipiente

Para un gas real: V = V del recipiente - V de las moléculas del gas

Presión: (P)

Las moléculas del estado gaseoso poseen alta velocidad y al chocar contra las paredes del recipiente que lo contiene originan unas fuerzas de choque y como:

Conceptualmente, presión es fuerza que actúa en la unidad de área, entonces P = Fuerza

Área

se origina la presión que ejerce el gas. La presión que ejerce un gas (causa) se puede medir mediante un manómetro, así:

La presión del gas (causa) ocasiona el desnivel (h) y el valor de esta altura (efecto) es una presión hidrostática (Ph) que se puede calcular conceptualmente así:

Como presión, P = fuerza

Área

La Fuerza está dada por el peso del líquido ( Wℓ ) de la columna hidrostática de altura hℓ (esto también se conoce como cabeza hidrostática), y el área es el área transversal, según lo anterior:

Ph = Wℓ

área

Pero Wℓ = mℓ x g, donde:

Wℓ = Peso del líquido.

mℓ = Masa del líquido.

g = Aceleración de la gravedad, sustituyendo Wℓ queda:

Ph = mℓ x g

área

Pero, mℓ = Vℓ x dℓ, donde:

Vℓ = Volumen del líquido.

d ℓ = Densidad del líquido, sustituyendo mℓ , queda:

Ph = Vℓ x d ℓ x g

Área

Pero Vℓ = Área x hℓ, sustituyendo Vℓ , queda

Ph = área x hℓ x d ℓ x g

Área

El Área se "cancela" y esto ocasiona la paradoja hidrostática: “la presión hidrostática (Ph) de un líquido sólo depende de su diferencia de alturas y es independiente del volumen ó de la masa del líquido”, y queda:

Ph = hℓ x dℓ x g

Nota:

Para una presión dada, las variables del líquido hℓ y dℓ, vemos que son inversamente proporcionales y si cambiamos de dicho líquido por el líquido de referencia que es el mercurio (Hg), también se cumple que:

Ph = hHg x dHg x g

Como Ph del líquido = Ph del Hg, entonces:

hℓ x dℓ = hHg x dHg

Nota, la dHg = 13.6 g / mL

Comentario:

La Ph en física se calcula y su resultado se expresa en unidades de Fuerza sobre unidades de Área, como:

Ph= dina , Newton , Kg fuerza , poundal , lb fuerza

cm2 cm2 cm2 inch2 inch2

Y algunas veces con "nombre propio" como Pa (Pascal), bares, Psi.

La Ph en química no se calcula, SE REPORTA con la altura medida en cm para el líquido manométrico de referencia que es el mercurio, esto es:

Ph [=] cm Hg

Lo anterior se lee presión hidrostática medida en centímetros de mercurio,

Ph [=] mm Hg (también conocido como Torr)

Lo anterior se lee presión hidrostática medida en milímetros de mercurio, o Torricelli.

Si el líquido manométrico experimental no es mercurio, se traslada (o se corrige) dicha altura a la equivalente de mercurio (Hg) de referencia usando la relación inversa de densidades, la altura obtenida de mercurio es mucho menor, ya que el mercurio es el líquido que posee mayor valor de densidad, así:

Sea hℓ la medida experimental de la altura del líquido, dicha altura corresponde a:

hHg = hℓ x dℓ si hℓ está en cm, obtenemos cm Hg.

13.6 si hℓ está en mm, obtenemos mm Hg, o Torr (Torricelli).

Cuando se mide la presión de la atmósfera al nivel del mar, de acuerdo al experimento propuesto en 1643 por Evangelista Torricelli, matemático y físico italiano (1608 – 1647), la altura de la Ph medida con mercurio es de 76 cm, de aquí se afirma que:

1 atm = 76 cm Hg

1 atm = 760 mm Hg (obvio, ya que 1 cm = 10 mm)

1 atm = 760 Torr (en honor a Torricelli)

Curiosidades:

Psi: notación muy conocida en textos técnicos y es la abreviatura de "Pounds per Square Inch" y corresponde a la presión medida en:

Libras , o libras 1 atm = 14.7 Psi

Pulgada2 Inch2

Pascal (Pa) es el nombre asignado a la presión medida en: Newton 1 atm = 101325 Pa

Metro2

Bar es el nombre asignado a la presión medida en: dina

cm2

Variación de la presión atmosférica con la altura.

Blas Pascal (basado en la experiencia de Torricelli), supuso que si la altura de la columna de mercurio en el barómetro se debía a la presión atmosférica, dicha longitud debía disminuir con la altura y, por resultados experimentales, concluyó que por cada 10,5 metros de altura el mercurio debe descender 1mm, esto es válido para pequeñas diferencias de altura, ya que la presión atmosférica no disminuye uniformemente, porque a mayor altura, menor es la densidad del aire.

Temperatura:

Para medir la temperatura hay dos tipos de escala: temperatura absoluta (requerida como variable de estado en gases) y temperatura relativa.

La escala absoluta No acepta valores negativos y La escala relativa acepta valores positivos y negativos.

Ambas se miden en sistema decimal ó en sistema

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