Teoria de los gases ideales comportamiento
- 2. • Son capaces de adquirir cualquier forma, ocupan todo el volumen de sus recipientes. • Son compresibles y también se expanden. • Pueden mezclarse con todo tipo de elementos con mucha facilidad • Tienen una densidad mucho menor que los sólidos y los líquidos. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS GASES ESTADO GASEOSO Los gases se pueden considerar como el más fascinante entre los tres estados de agregación de la materia.
- 3. Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta Temperatura baja Temperatura alta Gas Mercurio Expansión de un gas Tubo de ensayo
- 4. CLASIFICACIÓN DE LOS GASES GASES IDEALES . Se dan a presiones bajas y temperaturas elevadas, condiciones que corresponden a grandes volúmenes molares. . Se desprecia el volumen de la molécula gaseosa. . No sufren atracciones ni repulsiones entre sus moléculas. . No se condensan. . Tienden a un volumen cero. GASES REALES .Se dan a presiones altas y temperaturas bajas, condiciones que corresponden a pequeños volúmenes molares. .Se considera el volumen de la molécula gaseosa. .Sufren atracciones y repulsiones entre sus moléculas. . Se condensan. . No alcanzan un volumen igual a cero, por que se licuefactan, es decir pasan de gas a líquido.
- 5. TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR DE LOS GASES IDEALES 1. Un gas se compone de moléculas separadas una de la otra por distancias más grandes que sus propias dimensiones. Dichas moléculas pueden ser consideradas gráficamente como puntos; es decir, su volumen puede ser despreciable. 2. Las moléculas de los gases siempre están en un continuo movimiento desordenado y chocando en todas direcciones unas con otras. Los choques entre las moléculas del gas son perfectamente elásticos. 3. Las moléculas de los gases no ejercen fuerzas de atracción o repulsión entre ellas. 4. La energía cinética promedio de las moléculas del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Cualquier gas a la misma temperatura tiene la misma energía cinética.
- 6. Unidades de presión 1 Pascal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa Barómetro Presión = Fuerza Área (Fuerza = masa × aceleración) Estas afirmaciones introducen conceptos como: presión, temperatura, movimiento molecular y energía cinética. Pab = Patm ± Pman
- 7. Manómetros usados para medir la presión Mercurio Vacío
- 8. Los siguientes son elementos que pueden existir como gases a una temperatura de 25°C y 1 atm de presión
- 9. 5.1 Elementos que existen como gases a una temperatura de 25°C y 1 atm de presión
- 10. LEYES DE LOS PROCESOS RESTRINGIDOS LEY DE BOYLE Enunciado: “A temperatura constante el volumen de una masa dada de un gas varía inversamente con la presión”. Se trata de un proceso ISOTÉRMICO. Cdo: T= Cte y n = Cte, entonces: P α 1/ V P V = K Ec. De Boyle Gráfico : P vs V y P vs 1/V T1 T2 Isotermas (1) (2)
- 11. En el punto (1) : P1 x V1 = K En el punto (2) : P2 x V2 = K Igualando ambas ecuaciones: P1 x V1 = P2 x V2 Ordenando: 1 2 2 1 V V P P m m V P V P 1 2 2 1 1 2 2 1 V m P V m P A menor P mayor V A mayor P menor V En función de la densidad (ρ): Si: ρ = m / V Entonces: P1 x ρ2 = P2 x ρ1 2 1 2 1 P P
- 12. Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un volumen de 946 mL y se encuentra a una presión de 726 mmHg. ¿Cuál es la presión que se necesita para que el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura de la muestra es constante? P1 x V1 = P2 x V2 P1 = 726 mmHg V1 = 946 mL P2 = ? V2 = 154 mL P2 = P1 x V1 V2 726 mmHg x 946 mL 154 mL = = 4460 mmHg P x V = constante
- 13. LEY DE CHARLES Enunciado: “A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varía directamente con la temperatura absoluta”. Se trata de un proceso ISOBÁRICO. Cdo: P = Cte y n = Cte; entonces: V α T K T V Ec. de Charles Gráfico: V vs T (1) (2) Isóbaras
- 14. En el punto (1) : V1 / T1 = K En el punto (2) : V2 / T2 = K Igualando: 2 2 1 1 T V T V 2 1 2 1 T T V V m m V T V T 2 2 1 1 Ordenando: A menor T menor V A mayor T mayor V En función de la densidad: ρ 2 2 1 1 V m T V m T Si: ρ = m/V Entonces: T1x ρ1 = T2 x ρ2 1 2 2 1 T T
- 15. Una muestra de monóxido de carbono en estado gaseoso se encuentra a una temperatura de 125°C. Si el volumen inicial de la muestra es de 3,2 litros, ¿Qué temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir el volumen a 1,54 litros, si la presión es constante? V1 = 3,20 L T1 = 398,15 K V2 = 1,54 L T2 = ? T2 = V2 x T1 V1 1,54 L x 398,15 K 3,20 L = = 192 K V1 /T1 = V2 /T2 T1 = 125 (0C) + 273,15 (K) = 398,15 K
- 16. LEY DE GAY-LUSSAC Enunciado: “A volumen constante la presión ejercida por una masa dada de gas varía directamente con la temperatura absoluta”. Se trata de un proceso ISOCÖRICO o ISOMËTRICO. Cdo: V = Cte y n = Cte, entonces: P α T Luego: P = K x T K T P Ec. De Gay-Lussac Gráfico: P vs T P T (1) (2) Isócoras V1 V2 V3 T T1 T2 P1 P2
- 17. En el punto (1) : P1 / T1 = K En el punto (2) : P2 / T2 = K Igualando: 2 2 1 1 T P T P A menor T menor P A mayor T mayor P Ordenando: 2 1 2 1 T T P P
- 18. El aire en un tanque se encontraba a una presión de 620 mm Hg y 23 ºC. S e expuso al sol con lo que su temperatura aumentó a 50 ºC. ¿Cuál fue la presión que presentó entonces el tanque?. SOLUCIÓN Datos Condición (1) P1 = 620 mm Hg T1 = 23 ºC + 273 = 296 ºK Condición (2) T2 = 50 ºC + 273 = 323 ºK P2 = ? 1 2 1 2 2 1 2 1 T T P P T T P P Como el V = Cte y n = Cte La fórmula a usar es: (1) Reemplazando valores en (1): K K mmHg P º 296 º 323 630 2 P2 = 676,55 mm Hg
- 19. El argón es un gas inerte que se usa en algunas bombillas para retrasar la vaporización del filamento. Cierto foco contiene argón a 1,2 atm de presión y cambia de temperatura desde 18°C hasta 85°C. ¿Cuál es la presión final del argón en atm si el volumen del sistema es constante? P1 T1 P2 T2 = P2 = P1 x T2 T1 = 1,20 atm x 358 K 291 K = 1,48 atm SOLUCIÓN Condición inicial(1) P1 = 1,2 atm T1 = 18ºC + 273 = 291 K Condición final (2) P2 = ? T2 = 85ºC + 273 = 358 K (Ley de Gay-Lussac)
- 20. LEY DE AVOGADRO Enunciado: “A presión y temperatura constante el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas”. Cdo: P = Cte y T = Cte, entonces: V α n Luego: V = K x n Entonces: K n V Ec. De Avogadro Gráfico: V vs n V n (1) (2) n1 n2 V2 V1
- 21. En el punto (1) : V1 / n1 = K En el punto (2) : V2 / n2 = K Igualando: 2 2 1 1 n V n V 2 1 2 1 n n V V 2 2 1 1 2 2 1 1 V m n V m n m m V n V n Ordenando A mayor n mayor V A menor n menor V En función de la densidad: ρ Si: ρ = m / V 1 2 2 1 2 2 1 1 n n n n Finalmente:
- 22. ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES Una ecuación que relaciona la temperatura, presión, volumen moles o masa de una sustancia gaseosa, recibe el nombre de ecuación de estado. Relacionando las siguientes leyes: Ley de Boyle: V α 1 / P (T y n constantes) Ley de Charles: V α T (P y n constantes) Ley de Avogadro : V α n (T y P constantes) Entonces: P T n R V P T n V Donde: PV = nRT (1) Si: n = m / M, entonces: PVM = mRT (2) Si: ρ = m / V, entonces: PM = ρRT (3)
- 23. Cuando en una muestra la temperatura es 0°C y la presión es 1 atm, se dice que ésta se encuentra en condiciones normales de presión y temperatura. Se ha demostrado que en condiciones normales de presión y temperatura, 1 mol de un gas ideal ocupa 22,414 litros de volumen. CONDICIONES NORMALES (CN O PTN) Cuando: P = 1 atm T = 0 ºC = 273 ºK Entonces: 1 mol-g gas a CN = 22,414 L 1 mol-kg gas a CN = 22,414 m3 1 mol-lb gas a CN = 359 pies3
- 24. VALORES DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES: R Los valores de “R”, se obtienen de la ecuación (1): PV = nRT, a condiciones normales. K mol atm L K mol L atm T n V P R º 082056 , 0 º 15 , 273 1 414 , 22 1 Otros valores de “R”: K mol mmHg L R º 36 , 62 K mol dm KPa R º 314 , 8 3 R lb mol pie pu lb R º lg / 73 , 10 3 2
- 25. ¿Cuál es el volumen en litros que ocupan 49,8 gramos de ácido clorhídrico (HCL) a presión y temperatura normales? PV = nRT V = nRT P T = 0 0C = 273,15 K P = 1 atm n = 49,8 g x 1 mol HCl 36,45 g HCl = 1,37 mol V = 1 atm 1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K L•atm mol•K V = 30,6 L
- 26. Un contenedor de 2,1 litros contiene 4,65 gramos de un gas a 1 atm de presión a 27°C. ¿Cuál es la molaridad del gas? dRT P M = d = m V 4,65 g 2,10 L = = 2,21 g L M = 2,21 g L 1 atm x 0,0821 x 300,15 K L•atm mol•K M = 54,6 g/mol
- 27. LEY GENERAL O COMBINADA DE LOS GASES En una ley general de los gases intervienen las tres variables: temperatura, presión y volumen, para un sistema cerrado a condición inicial (1) y final (2): Estado inicial (1) : P1V1 = nRT1 Estado final (2) : P2V2 = nRT2 Dividiendo (1) entre (2): si, n = Cte y R = Cte. 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 T T V P V P T R n T R n V P V P Finalmente: 2 2 2 1 1 1 T V P T V P En función de las densidades: ρ (1) y (2): 1 2 2 1 2 1 T P T P
- 28. Un litro de oxígeno tiene una masa de 1,43 g a 0ºC y a 760 mm Hg. Calcular la densidad del oxígeno a 25ºC y 725 mm Hg. SOLUCIÓN Condiciones iniciales (1) ρ1 = 1,43 g/L T1 = 0ºC + 273= 273 ºK P1 = 760 mm Hg Condiciones finales (2) ρ2 = ? T2 = 25ºC + 273 = 298 ºK P2 = 725 mm Hg 1 2 2 1 2 1 T P T P La fórmula es: (1) Reemplazando valores en (1): K mmHg K mmHg L g T P T P º 298 760 º 273 725 / 43 , 1 2 2 1 1 2 1 2 ρ2 = 1,25 g/L
- 29. LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES PA PB PT = PA + PB + … LEYES RELACIONADAS CON MEZCLAS GASEOSAS “A temperatura y volumen constante, la presión total ejercida por una mezcla de gases, es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que constituyen la mezcla” Presión parcial: es la presión que cada gas ejercería, si se encontrara solo ocupando todo el volumen que ocupa la mezcla gaseosa. Cdo: T = Cte y V = Cte, entonces: Ptotal (1)
- 30. LA QUÍMICA EN ACCIÓN: El buceo y las leyes de los gases P V Profundidad (ft) Presión (atm) 0 1 33 2 66 3 5.6