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LEYES DE LOS GASES El estado de una cierta masa m de sustancia está determinado por su presión P, su volumen V y su temperatura T. T. En general, estas cantidades no pueden variar todas ellas independientemen independientemente. te. Sabemos que por su organización molecular los gases carecen de V propio. sea que en determinado estado el V es una !unción de P y de T" V # !$P,T% En los gases son muy importantes estas variables, como tambi&n lo son otros parámetros como masa y densidad. Ley de los gases ideales
'as mol&culas de un sólido están colocadas en una red cristalina, y su libertad está restringida a peque(as vibraciones en torno a los puntos de esa red. 'as mol&culas de un l)quido se deslizan unas sobre otras organizadas en capas. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus mol&culas se mueven aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene $no tiene volumen propio%. Se *an desarrollado leyes emp)ricas que relacionan las variables macroscópicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión $P%, el volumen $V% y la temperatura $T%. + baas presiones, las ecuaciones de estado de los gases son sencillas" 'a ley de Boyle-Mariotte a!irma que el volumen de un gas a temperatura onstante !"#O$ERM"A% es inversamente proporional a la presi&n. P-.V- # P.V 'a primera ley de '(arles y )ay-Lussa a!irma que el volumen de un gas a
presi&n onstante !FUN'"*N "#OB+R"'A% es diretamente proporional a la temperatura a,soluta. V-/T- # V/T 'a segunda ley de '(arles y )ay-Lussa sostiene que a volumen onstante
!"#O'*R"'A% la presi&n es diretamente proporional a la temperatura a,soluta. P-/T- # P/T 0esumiendo" P-.V- / T- # P.V / T # constante 1e!iniendo las condiciones normales de presión y temperatura $23PT% como, atmós!era y 45 67, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas $,8 dm5%, esta constante se trans!orma en" 2onstante # - atm.,8 dm 5/45 67.mol # 9,9: atm.dm 5/67.mol ; se de!ine 0 como la constante de los gases ideales"
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0 # 9,9: atm.dm 5/67.mol 'a combinación de estas leyes proporciona la LE DE LO# )A#E# "DEALE#, tambi&n llamada E'UA'"*N DE E#$ADO del gas ideal"
P./0n.R.$ donde n es el n
'os =ases que se austen a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellos que no se les conoce como gases reales, o sea, *idrógeno, o>)geno, nitrógeno y otros. 1.- Un gas esta formado por partículas llamadas moléculas. 1ependiendo del gas, cada mol&cula esta !ormada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus mol&culas son id&nticas. 2.- Las moléculas se encuentran encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen obedecen las leyes de Newton del movimiento. 'as mol&culas se mueven en todas direcciones y a velocidades di!erentes. +l calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica ne?toniana se puede aplicar en el nivel microscópico. 2omo para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desec*ara, dependiendo de s) los *ec*os e>perimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas. r apidez del 3.- El numero total de moléculas es grande. 'a dirección y la rapidez movimiento de cualquiera de las mol&culas puede cambiar bruscamente en los c*oques con las paredes o con otras mol&culas. 2ualquiera de las mol&culas en particular,, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dic*os c*oques. Sin particular embargo, como *ay muc*as mol&culas, suponemos que el gran numero de c*oques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio. 4.- El volumen de las moléculas es una fracción fracción despreciablemente despreciablemente pequeña del del volumen ocupado por el gas. +unque *ay muc*as mol&culas, son e>tremadamente peque(as. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca di!icultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el liquida pueden ser miles de veces menor que la del gas se condensa. 1e aqu) que nuestra suposición sea posible. 5.- No actan fuer!as fuer!as apreciables sobre las moléculas" e#cepto durante los c$oques. En el grado de que esto sea cierto, una mol&cula se moverá con velocidad uni!ormemente los c*oques. 2omo *emos supuesto que las mol&culas sean tan peque(as, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tama(o de una de las mol&culas. 1e aqu) que supongamos que el alcance de las !uerzas moleculares es comparable al tama(o molecular. molecular.
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duración despreciable. En los c*oques entre 6.- Los c$oques son el%sticos y de duración las mol&culas con las paredes del recipiente se conserva el )mpetu y $suponemos% la energ)a cin&tica. 1ebido a que el tiempo de c*oque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el c*oque de mol&culas, la energ)a cin&tica que se convierte en energ)a potencial durante el c*oque, queda disponible de nuevo como energ)a cin&tica, despu&s de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo. Ecuación General de los Gases
En las leyes de los gases, la de @oyle, la de 2*arles y la =ayA'ussac, la masa del gas es !ia y una de las tres variables, la temperatura, presión o el volumen, tambi&n es constante. Btilizando una nueva ecuación, no solo podemos variar la masa, sino tambi&n la temperatura, la presión y el volumen. 'a ecuación es"
P/ 0 nR$ 1e esta ecuación se despean las siguientes incógnitas" Volumen: es la cantidad de espacio que tiene un recipiente. Cedidos en 'itros o en algunos de sus derivados.
/0nR$1P Presión es la !uerza que eerce el contenido de un recipiente, al recipiente.
P0nR$1/ Temperatura es la medida de calor que presenta un elemento. Es medida en 67
$0P/1nR Número de partículas tiene que ver con la cantidad de partes $moles% presentes.
n0P/1R$ Caractersticas de Gas Ideal
Se considera que un gas ideal presenta las siguientes caracter)sticas" - El número de moléculas es despreciable comparado con el volumen total de un gas. - No hay fuerza de atracción entre las moléculas. - Las colisiones son perfectamente elásticas. - Evitando las temperaturas etremadamente ba!as y las presiones muy elevadas" podemos considerar #ue los gases reales se comportan como gases ideales.
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Pro!iedades de los gases
'os gases tienen 8 propiedades caracter)sticas" -% son !áciles de comprimir" !"P#$%&'&(&)*) comprimir" !"P#$%&'&(&)*) % se e>panden *asta llenar ll enar el contenedor, ocupando todo el espacio posible" $+P*N%&'&(&)*) 5% atraviesan ranuras u ori!icios muy peque(os" )&,%&'&(&)*) 8% se mezclan !ácilmente con otros gases dando mezclas *omog&neas" $,%&'&(&)*) - COMPRESIBILIDAD
Una combustión interna de un motor provee un buen ejemplo de la facilidad con la cual los gases pueden ser comprimidos. En un motor de cuatro pistones, el pistón es primero halado del cilindro para crear un vacío parcial, es luego empujado dentro del cilindro, comprimiendo la mezcla de gasolina/aire a una fracción de su volumen original. - EXPANSIBILIDAD
2ualquiera que *aya caminado en una cocina a donde se *ornea un pan, *a e>perimentado el *ec*o de que los gases se e#panden $asta llenar su contenedor , mientras que el aroma del pan llena la cocina. 1esgraciadamente la misma cosa sucede cuando alguien rompe un *uevo podrido y el olor caracter)stico del sul!ito de *idrógeno $D S%, rápidamente se esparce en la *abitación, eso es porque los gases se e>panden para llenar su contenedor. Por lo cual es sano asumir que el volumen de un gas es igual al volumen de su ontenedor. - VOLUMEN DEL GAS VERSUS VOLUMEN DEL SÓLIDO
'a di!erencia entre el volumen de un gas y el volumen de un l)quido o sólido que lo !orma, puede ser ilustrado con el siguiente eemplo. Bn gramo de o>)geno l)quido en su punto de ebullición $A-:562% tiene un volumen de 9.:8 ml. 'a misma cantidad de gas a 962 la presión atmos!&rica tiene un volumen de 499 ml, el cual es casi :99 veces más grande. 0esultados similares son obtenidos cuando el volumen de los sólidos y gases son comparados. Bn gramo de 2 sólido tiene un volumen de 9.F8- ml. a 962 y la presión atmos!&rica tiene un volumen de GGF ml, el cual es mas que :G9 veces más grande. 2omo regla general, el volumen de un l)quido o sólido incrementa por un !actor de :99 veces cuando !ormas gas. 'a consecuencia de este enorme cambio en volumen es !recuentemente usado para *acer trabaos. El motor a vapor vapor,, esta basado en el *ec*o de que el agua *ierve para !ormar gas $vapor% que tiene un mayor volumen. El gas entonces escapa del contenedor en el cual !ue generado y el gas que se escapa es usado para *acer trabaar. El El mismo principio se pone a prueba cuando utilizan dinamita para romper rocas.
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En -:F4, +l!redo 3obel descubrió que el e>plosivo l)quido tan peligroso c onocido como nitroglicerina puede ser absorbido en barro o aserr)n para producir un sólido que era muc*o más estable y entonces con menos riesgos. 2uando la dinamita es detonada, la nitroglicerina se descompone para producir una mezcla de gases de 2 , D, 3, y 8 25DG35$l%
- 2$ g g%
H -9 D$ g g%
H F 3$ g g%
H $ g g%
Porque moles de gas son producidos por cada 8 moles de l)quido que se Porque descompone, y cada mol de gas ocupa un volumen promedio de :99 veces más grande que un mol l)quido, esta reacción produce una onda que destruye todo alrededor. El mismo !enómeno ocurre en una escala muc*o menor cuando *acemos estallar una cotu!a. 2uando el ma)z es calentado en aceite, los l)quidos dentro del grano se convierten en gas. 'a presión que se acumula dentro del grano es enorme, causando que e>plote. Conclusión
'os gases, aunque no se puedan ver, ver, constituyen constituyen una gran parte de nuestro ambiente, y que*acer diario, ya que ellos son los responsables de transmitir" sonidos, olores, etc. 'os gases poseen propiedades e>traordinarias, como por eemplo" que se puede comprimir a solamente una !racción de su volumen inicial, pueden llenar cualquier contenedor, contenedor, o que el volumen de una gas comparado con el mismo componente, sólido o l)quido tiene una di!erencia de casi :99 veces la proporción. Esto *ace posible de que una cantidad n de un gas puede entrar en un contenedor cualquiera y que este gas llenar)a el contenedor An"lisis crtico
+ simple vista no apreciamos los gases, pero sabemos que están all), y podemos saber que propiedades tienen en ese lugar en espec)!ico, una variación en la temperatura al igual que un cambio en la presión alterar)a los !actores de un gas. Sabiendo esto, podemos manipular los gases a nuestro antoo. An"lisis A!reciati#o
Sin lugar a duda, los gases cuentan con dos !actores in!luyentes, que son, la presión y temperatura, y partiendo de estos !actores, sin temor a equivocarse, podemos obtener una in!ormación más detallada de lo que esta ocurriendo, ocurrió, u ocurrirá en los gases.
