Unidad I Transformaciones de la materia. Tema 1. Los gases y sus leyes.

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1 Unidad I Transformaciones de la materia. Tema 1. Los gases y sus leyes.

2 1. Los gases 1.1. Teoría cinético molecular de los gases. 1. Los gases consisten en un número grande de partículas que están a grandes distancias entre sí, en comparación con su tamaño. 2. Las partículas de un gas están en un movimiento continuo, rápido y aleatorio. Por lo tanto, poseen energía cinética. 3. Los choques entre las partículas de un gas, y entre estas y el recipiente que las contiene son colisiones elásticas, es decir, en ellas no hay pérdida de energía cinética. 4. No hay fuerzas de atracción o de repulsión entre las partículas de un gas. 5. La energía cinética promedio de la partícula de un gas depende de su temperatura: a mayor temperatura, mayor es la energía cinética.

3 1.2. Variables que influyen en el comportamiento de un gas. Para poder comprender el comportamiento de los gases hay cuatro variables que son importantes: la presión (P), el volumen (V), la temperatura (T) y la cantidad de materia (n). Estas variables trabajan juntas, de modo que cuando una de ellas cambia, las otras también se ven afectadas. Relaciones: - Temperatura y volumen. - Temperatura y presión. - Volumen y presión.

4 1.3. Propiedades de los gases. La fluidez es la propiedad que tienen los gases para ocupar todo el espacio disponible, debido a que, prácticamente, no existen fuerzas de cohesión entre sus moléculas. La difusión es la propiedad por la cual un gas se mezcla con otro debido al movimiento de sus moléculas.

5 La compresión es la disminución del volumen de un gas por el acercamiento de las moléculas entre sí debido a la presión aplicada.

6 La resistencia se opone al movimiento de los cuerpos. Esta propiedad se debe a una fuerza llamada roce.

7 1.4. La presión de los gases. Observa la siguiente situación: Si el peso de los ladrillos es el mismo, por qué las huellas son diferentes?

8 Si las marcas de la superficie son distintas, las áreas de contacto son diferentes. A > C > B. La fuerza aplicada sobre la superficie es diferente, observándose en la profundidad de la huella. B > C > A. Conclusión: la profundidad de la huella es inversamente proporcional al área de contacto (A). La relación entre fuerza (F) y área (A) se llama presión (P), y se expresa: =

9 Cómo relacionamos la presión con los gases? La presión que ejerce un gas es la medida de la fuerza que aplican las partículas de gas sobre una determinada superficie (área) del recipiente que lo contiene. Unidades de presión: - Milímetros de mercurio (mmhg) - Torricellis (torr) - Atmósferas (atm) - Milibares (Mb) - Pascales (Pa) Equivalencias: 760 mmhg = 760 torr = 1 atm = 0,001 Mb = Pa.

10 Cómo se mide la presión de un gas? Utilizando un manómetro, que es un tubo en U que contiene mercurio, con uno de los extremos cerrados.

11 1.5. La presión atmosférica. Corresponde a la fuerza que el peso del aire ejerce sobre una unidad de superficie terrestre. Su valor fue determinado por Evangelista Torricelli ( ). El instrumento que mide la presión atmosférica es el barómetro.

12 Características de la presión atmosférica Varía con la altura.

13 Se ejerce en todas las direcciones y sentidos.

14 1.6. Temperatura, calor y equilibrio térmico. Temperatura (T): medida del grado de movimiento (energía cinética) de las partículas de un cuerpo. Instrumento para medirla es el termómetro. Unidades: Celsius, Kelvin, Fahrenheit Equivalencias: = =

15 Calor (Q): energía en transito que fluye de un cuerpo a otro, cuando están a diferente temperatura. Instrumento para medirla es el calorímetro. Q A Q B A B Cuando ambos cuerpos alcanzan la misma temperatura, se encuentran en equilibrio térmico. El equilibrio térmico depende de: - Tipo de sustancia. - Cantidad que se coloque de cada sustancia. - Temperatura que tenía cada sustancia antes de ponerse en contacto.

16 1.6.1.

17 Actividad. Clasifica las siguientes situaciones como conducción, convección o radiación.

18 2. Las leyes de los gases 2.1. Ley de Boyle - Relación presión-volumen. A temperatura (T) y cantidad de materia (moles) constantes, el volumen (V) de una cantidad dada de un gas se reduce cuando la presión total (P) que se aplica, aumenta. Por lo que la presión es inversamente proporcional al volumen del gas. 1 1 P o P = K x V V PV = K 1 1

19 P1 V1 = P2 V2

20 Ejemplo. 1. En un recipiente se encuentra contenida una masa fija de gas, sometida a temperatura constante. Para este sistema se obtiene la siguiente tabla de datos: En base a esta información, cuáles son los valores de X e Y?

21 2.2. Ley de Charles - temperatura-volumen. A presión y n (moles) constantes, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse. Por lo tanto, el volumen (V) de una cantidad fija de gas, mantenida a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta (T) del gas. V T o V = K2 x T V = K2 T

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23 Ejemplo. 1. El helio ocupa un volumen de 100 ml a 370 K. Cuál será el nuevo volumen, en ml, si la temperatura disminuye a 185 K y la presión se mantiene constante? A) 86,6 ml B) 50,0 ml C) 96,3 ml D) 66,6 ml

24 2.3. Ley de Gay - Lussac - Relación temperatura-presión. Para una cierta cantidad de gas, al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y, por lo tanto, aumenta el número de choques contra las paredes por unidad de tiempo, es decir, aumenta la presión, ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. P T o P = K x T P = K T 3 3

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26 Ejemplo. 1. Un gas dentro de un cilindro se encuentra a 1,0 atmósferas y a una temperatura de 300 K. Cuál será la presión, en atmósferas, si el cilindro se calienta hasta los 450 K y el volumen se mantiene constante? A) 1,5 atm. B) 2,0 atm. C) 2,5 atm. D) 3,0 atm.

27 2.4. Ley generalizada de los gases ideales Para 2 estados diferentes se cumple: Estado 1 (inicial) = Estado 2 (final) Esta ecuación se utiliza para calcular los cambios de presión, temperatura o volumen cuando n (moles) es constante.

28 Ejemplo. 1. El neumático de una bicicleta contiene un volumen de 10 L, medidos a 3 atmósferas y a 27 C. Después de una carrera, la temperatura es de 57 C y el volumen ha disminuido a 8 L. Qué presión habrá al interior al terminar la carrera? A) 5,5 atm. B) 3,2 atm. C) 10 atm. D) 4,1 atm.