Propiedades de los gases

INTRODUCCIÓN

El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles (n).

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.

4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

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

Presión (fuerza perpendicular a la superficie) (área donde se distribuye la fuerza ) = 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.

2. 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

K = °C + 273

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:

m3 = 1000 litros litro = 1000 centímetros cúbicos (c.c) 1c.c = 1 mililitro

En una gas ideal ( es decir, el gas cuyo comportamiento queda descrito exactamente mediante las leyes que plantearemos mas adelante), el producto PV dividido por nT es una constante, la constante universal de los gases, R . EL valor de R depende de las unidades utilizadas para P, V, n y T. A presiones suficientemente bajas y a temperaturas suficientemente altas se ha demostrado que todos los gases obedecen las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, las cuales relacionan el volumen de un gas con la presión y la temperatura.

5. DENSIDAD

Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Se da en gr/L.

LEYES DE LOS GASES

LEY DE BOYLE – MARIOTTE

POSTULADO

A temperatura constante, el volumen de cualquier gas, es inversamente proporcional a la presión a que se somete.

EXPRESIÓN MATEMÁTICA

EJEMPLO

Se tiene un volumen de 400 cm3 de oxígeno a una presión de 380 mm de Hg. Qué volumen ocupará a una presión de 760 mm de Hg, si la temperatura permanece constante?

Según la expresión matemática:

380 mm Hg x 400 cm3 = 760 mm Hg x V1

Despejando V1 :

REPRESENTACIÓN GRAFICA

LEY DE CHARLES

POSTULADO

A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varía directamente con la temperatura absoluta

EXPRESIÓN MATEMÁTICA

EJEMPLO

Se tiene 3 moles de un gas ideal en un recipiente de 700 cm3 a 12°C y calentamos el gas hasta 27°C. Cuál será el nuevo volumen del gas?

Datos:

Volumen inicial = 700 cm3

Temperatura inicial = 12 + 273 = 285 °K

Temperatura final = 27 + 273 = 300 °K

De acuerdo con la Ley de Charles, al aumentar la temperatura del gas debe aumentar el volumen:

Según la expresión matemática:

700 cm3 x 285°K = V2 x 300°K

Despejando V2

REPRESENTACIÓN GRAFICA

LEY DE GAY-LUSSAC

POSTULADO

A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varia directamente con la temperatura absoluta

EXPRESIÓN MATEMÁTICA

EJEMPLO

Se calienta aire en un cilindro de acero de 20 °C a 42°C. Si la presión inicial es de 4.0 atmósferas ¿Cual es su presión final?

Condiciones iníciales:

T1 = 273 + 20 = 293 °K; P1= 40 atm

Condiciones finales:

T2 = 273 + 42 = 315°K ;P2=?

Sustituyendo en la ecuación de Gay-Lussac:

REPRESENTACIÓN GRAFICA

LEY COMBINADA DE LOS GASES

POSTULADO

A partir de la ley combinada podemos calcular la forma como cambia el volumen o presión o temperatura si se conocen las condiciones iníciales (Pi,Vi,Ti) y se conocen dos de las condiciones finales (es decir, dos de las tres cantidades Pt, Vt, Tf)

EXPRESIÓN MATEMÁTICA

EJEMPLO

Qué volumen ocupará una masa de gas a 150°C y 200 mm Hg, sabiendo que a 50°C y 1 atmósfera ocupa un volumen de 6 litros ?

Condiciones iníciales:

V1 = 6 litros

P1 = 760 mm Hg

T1 = 50 = 273 = 323 K

Condiciones finales:

V2 = ?

P2 = 200 mm Hg

T2 = 150 + 273 = 423 K

Remplazando:

LEY DE DALTON

POSTULADO

En una mezcla de gases, la presión

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