ESTADO GASEOSO LEYES PARA GASES IDEALES

ESTADO GASEOSO LEYES PARA GASES IDEALES

Estados de agregación

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES No tienen forma definida ni volumen propio Sus moléculas se mueven libremente y al azar ocupando todo el volumen a disposición. Las partículas son independientes unas de otras, están separadas por enormes distancias con relación a su tamaño. Baja densidad. Las partículas de un gas tienden a separarse, aumentando la distancia entre ellas hasta ocupar todo el espacio disponible (expansibilidad). Pueden comprimirse. Las partículas de un gas se encuentran en constante movimiento en línea recta y cambian de dirección cuando chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. Estos choques de las partículas del gas con las paredes del recipiente que lo contiene son los responsables de la presión del gas. Todos los gases se comportan de manera similar frente a los cambios de P y T.

Sustancias gaseosas a T amb Monoatómicas: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatómicas: H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, HCl, CO Triatómicas: CO 2, O 3, SO 2 Tetraatómicas: NH 3 Poliatómicas: CH 4, C 2 H 6

Qué magnitudes necesito para definir el estado de un gas? Para definir el estado de un gas se requieren cuatro magnitudes: Temperatura Presión Volumen Masa o número de moles

Mol, Número de Avogadro y Masa Molar Para poder medir la masa de cada sustancia se ha empleado la unidad de EL MOL. Corresponde a un número determinado de partículas (átomos, moléculas o iones), que puede ser medido a través de su masa. El mol fue determinado como el número de moléculas H 2 existentes en dos gramos de hidrógeno, lo que da el peculiar número de 6,02 10 23 al que se conoce como número de Avogadro. Cada elemento químico posee una masa molar establecida, que corresponde a la cantidad de gramos que contienen 6,02 x 10 23 partículas de dicho elemento (aparece en la tabla periódica!)

Concepto de mol aplicado a elementos El número de átomos en 1 mol de cualquier elemento se llama el número de Avogadro y es igual a 6.022x10 23 1 mol de cualquier elemento es una muestra del elemento con una masa en gramos igual a la masa atómica de ese elemento. Ejemplos 1 mol Na = 22.99 g Na = 6.022x10 23 átomos Na 1 mol Ca = 40.08 g Ca = 6.022x10 23 átomos Ca 1 mol S = 32.07 g S = 6.022x1023 átomos S

Concepto de mol aplicado a compuestos El número de moléculas en 1 mol de cualquier compuesto se llama el número de Avogadro y es igual a 6.022x10 23. 1 mol de cualquier compuesto es una muestra del compuesto con una masa en gramos igual a la masa molecular de ese compuesto. Ejemplos: a) 1 mol H 2 O

b) 1 mol CO 2 c) 1 mol NH 3

ESCALA DE TEMPERATURA: CELSIUS (ºC) 100 ºC Punto inferior: 0 ºC (fusión del agua) Punto superior: 100 ºC (ebullición del agua) 0 ºC 10

ESCALA DE TEMPERATURA: ESCALA KELVIN O ABSOLUTA (K) 373 ºK 100 ºC T(K) = t (ºC) + 273 273 ºK 0 ºC 0 ºK -273 ºC 11

PRESIÓN (unidades) 1atm 760mmHg 760 Torr 1atm 1,013.10 5 Pa 1013 hpa 12

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Avogadro A una temperatura y presión dadas: V n o V = k 1 n En condiciones normales (CNPT): 1 mol de gas = 22,4 L de gas Volúmenes iguales de todos los gases ideales medidos a las mismas condiciones de P y T tienen el mismo número de moléculas y de moles. 13

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Avogadro Modelo Molecular V = k 1. n (a T y P ctes) La adición de más partículas provoca un aumento de los choques contra las paredes, lo que conduce a un aumento de presión, que desplaza el émbolo hasta que se iguala con la presión externa. El proceso global supone un aumento volumen del gas. del

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Boyle Ley de Boyle (1662) V = k 2 P PV = constante (k 2 ) para n y T constantes Para 2 estados diferentes: P 1 V 1 = cte = P 2 V 2 La presión de una cierta cantidad de gas ideal a T cte. es inversamente proporcional al volumen. 15

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Boyle Modelo Molecular PV = constante (k 2 ) para n y T constantes El aumento de presión exterior origina una disminución del volumen, que supone el aumento de choques de las partículas con las paredes del recipiente, aumentando así la presión del gas.

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Charles Charles (1787) V T A presión constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta el volumen en forma directamente proporcional a la T. V = k 3 T para n y P constantes Para 2 estados: V 1 /T 1 = cte=v 2 /T 2 17

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Charles Modelo molecular V = k 3 T para n y P constantes Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de las partículas, y con ello el número de choques con las paredes. Eso provoca un aumento de la presión interior que desplaza el émbolo hasta que se iguala con la presión exterior, lo que supone un aumento del volumen del gas.

LEYES DE LOS GASES IDEALES: Ley de Gay-Lussac Gay-Lussac (1802) P a T A volumen constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta la presión en forma directamente proporcional a la T. P = k 4 T para n y V constantes Para 2 estados: P 1 /T 1 = cte=p 2 /T 2 19

(a) Al aumentar la presión a volumen constante, la temperatura aumenta (b) Al aumentar la presión a temperatura constante, el volumen disminuye (c) Al aumentar la temperatura a presión constante, el volumen aumenta (d) Al aumentar el número de moles a temperatura y presión constantes, el volumen aumenta

Combinación de las leyes de los gases: ECUACIÓN GENERAL DEL GAS IDEAL Ley de Boyle V 1/P Ley de Charles V T Ley de Avogadro V n V nt P PV = nrt 21

Constante universal de los gases (R) R = PV nt PV = nrt = 0,082057 atm L mol -1 K -1 = 8,3145 8.3145 m 3 Pa mol -1 K -1 = 8,3145 J mol -1 K -1 = 1,98 Cal mol -1 K -1 22

ECUACIÓN DE ESTADO Para 2 estados diferentes, en los que no cambia el número de moles, se cumple: Estado 1: P1 V1 = nrt1 P1 V1 = nr T1 Estado 2: P2 V2 = nrt2 P2 V2 = nr T2 P1 V1 = P2 V2 T1 T2 23

Aplicaciones de la ley de los gases ideales Determinación de pesos moleculares y densidad de gases PV = nrt pero V = m Reeemplazando V P m = nrt entonces P m = RT n pero M = m n entonces M = RT P 24

MEZCLA DE GASES: Ley de Dalton de las presiones parciales Las leyes de los gases se aplican a las mezclas de gases. Presión parcial: Cada componente de una mezcla de gases ejerce una presión igual a la que ejercería si estuviese él sólo en el recipiente. 25

Ley de Dalton (Ley de las Presiones parciales) P tot = P A + P B + P C + Pi = Xi P T Xi = n i = ni. n T n A + n B n C +... La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las Presiones parciales. 26

Gas Ideal vs Gas Real Gas Ideal es aquel que cumple estrictamente la ecuación general de Gas Ideal a cualquier presión y temperatura Los gases reales solo la cumplen a presiones bajas (menores a 10 atm) y temperaturas altas (mayores a 500 K) Las mezclas de gases reales también se alejan del comportamiento ideal. 27