Gases I

Elementos que existen como gases a 25 ºC y 1 atm

Algunos compuestos comunes que son gases Fórmula Nombre Características HCN Cianuro de hidrógeno Muy tóxico, tenue olor a almendras amagas HCl Cloruro de hidrógeno Tóxico, corrosivo, muy irritante H 2 S Sulfuro de hidrógeno Muy tóxico, olor de huevos podridos CO Monóxido de carbono Tóxico, incoloro, inodoro CO 2 Dióxido de carbono Incoloro, inodoro CH 4 Metano Incoloro, inodoro, inflamable N 2 O Óxido nitroso Incoloro, olor dulce, gas de la risa NO 2 Dióxido de nitrógeno Tóxico, pardo rojizo, olor irritante NH 3 Amoniaco Incoloro, olor penetrante SO 2 Dióxido de azufre Incoloro, olor irritante

Barómetro para medir la presión atmosférica Presión atmosférica

Vacío Extremo abierto Manómetros para medir la presión de gases

Ley de Boyle Incrementar o disminuir el volumen de un gas a temperatura constante Ley de Boyle es constante Ley de Boyle Aumenta el volumen Disminuye el volumen (Aumenta la presión) (Disminuye la presión)

Ley de Boyle expresada gráficamente

Ley de Charles (Disminuye el volumen) (Aumenta el volumen) (Aumenta la presión) (Disminuye la presión) es constante es constante Ley de Charles Ley de Charles Ley de Charles Aumenta la temperatura Aumenta la temperatura Disminuye la temperatura Disminuye la temperatura Calentar disminuir la temperatura un gas a presión constante Calentar o disminuir la temperatura de un gas a volumen constante

Volumen de un gas a diferentes presiones

Ley de Avogadro es constante Dependencia del volumen de la cantidad de un a presión y temperatura constantes Agregar moléculas de gas Retirar moléculas de gas (Aumenta el volumen) (Disminuye el volumen) Válvula Tanque de gas Ley de Avogadro

P V = nRT Si la temperatura = 273,15 K el volumen = 22,4 L, n= 1 mol la presión = 1 atmosfera R= 0,082 L atm / K mol Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Avogadro V  1/P V  T V  n n, T constante n, P constante P, T constante

Vm = V/ n= (n RT/P) / n Vm = RT/ P El volumen molar de un gas ideal a 1 atm y 298 K es de 24,47 L / mol El volumen molar de un gas ideal a 1 atm y 273 K es de 22,41 L / mol

Gas ideal Argón Nitrógeno Dióxido de carbono Oxígeno Hidrógeno Los volúmenes molares (en moles por litro) de varios gases a 0°C y 1 atm

Densidad de los gases Hidrógeno Cloro

Relación entre los volúmenes de gases en una reacción química 3 moléculas 3 moles 3 volúmenes 1 molécula 1 mol 1 volumen 2 moléculas 2 moles 2 volúmenes

P V = n R T Ecuación del gas ideal La ecuación del gas ideal es una ecuación de estado. Se llama ecuación de estado a una relación matemática entre la temperatura, la presión y el volumen de una determinada cantidad de material. Un gas que se comporta exactamente apegándose a la ecuación del gas ideal se denomina gas ideal.

Ley de Dalton de las presiones parciales La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo.

P T = P A + P B Ley de Dalton de las presiones parciales P T = n A RT + n B RT V V P T = RT (n A + n B ) V P T = nRT V P A n A RT / V P T (n A + n B ) RT / V = n A (n A + n B ) = X A = Fracción molar del gas

P A = X A P T Fracción molar P B = X B P T La fracción molar es una cantidad adimensional que expresa la relación del número de moles de todos los componentes presentes. X A + X B n A (n A + n B ) = n B (n A + n B ) + 1 =

5- La energía cinética promedio de una molécula es proporcional a la temperatura absoluta. 1- Un gas está compuesto de moléculas que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. 2- Los moléculas se mueven al azar pero en línea recta en todas las direcciones a velocidades variables. 3- Las fuerzas intermoleculares (repulsión y atracción) son débiles ó despreciables, salvo en el momento de la colisión. 4- Cuando las moléculas chocan, las colisiones son elásticas. Postulados

Moléculas puntuales Desplazamiento en línea recta Cambio de dirección y de velocidad al chocar Moléculas muy separadas

Energía cinética y temperatura La temperatura absoluta de un gas es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas. m = masa de la molécula u 2 = velocidad cuadrática media EC = ½ mu 2 EC  T ½ mu 2  T ½ mu 2 = C T

5- Ley de Dalton de las presiones parciales. 1- Compresibilidad de los gases. 2- Ley de Boyle. 3- Ley de Charles. 4- Ley de Avogadro. Aplicación a las leyes de los gases

Distribución de las velocidades moleculares Velocidad molecular relativa Número de moléculas

Distribución de velocidades de Maxwell

Alternador con rendija Horno Motor A la bomba de vacío Moléculas lentas Moléculas rápidas Moléculas con velocidad promedio Dispositivo para estudiar la distribución de la velocidad molecular

CO 2 O 2 N 2 H 2 H 2 O Temperatura 20 C 410 m/s 480 m/s 515 m/s 640 m/s 1930 m/s Velocidad media Velocidad media = √ T/ Mm 44 g/mol 32 g/mol 28 g/mol 18 g/mol 2 g/mol Mm

Número de moléculas Número de moléculas Velocidad molecular (m/s) Velocidad molecular (m/s) Gases a diferentes temperaturas

Efusión Velocidad de efusión 1- área del orificio 2- nº de moléculas por unidad de volumen Ley de Graham Orificio pequeño Gas Vacío

Difusión Camino recorrido por una sola molécula

Z =P Vm / RT Un gas ideal tiene un Z >1 o =1 para todas las presiones. Para estos gases la repulsión es mas importante que la atracción. El volumen molar es mayor que el esperado. La mayoría de los gases como el amoniaco, tienen Z < 1 a bajas presiones. Para estos gases la atracción es mas importante que la repulsión. El volumen molar es menor que el esperado. Factor de compresión, Z Presión, atm Perfecto

La ecuación de van der Waals Corrección por el volumen de las moléculas Corrección por las atracciones moleculares nRT n 2 a V - nb V 2 P P an 2 (V - nb) = nRT V 2 +

Amoniaco Argón Benceno Dióxido de carbono Cloro Etano Hidrógeno Sulfuro de hidrógeno Oxígeno Agua Parámetros de van der Waals

Atkins P.W, Jones L. Química . 3 ra edición. Ed Omega. 1999. Capítulo 5. Chang R. Química. Ed. MacGraw Hill.1998. Capítulo 5. http://personal.telefonica.terra.es/web/jpc/gases Bibliografía

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