CAPÍTULO
Profesor:
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Tema
Julio Oria
ESTADO GASEOSO
INTRODUCCIÓN : * Vivimos en el fondo de un océano de aire, cuya composición porcentual en volumen es aproximadamente: 78% de N2, 21% de O2 y 1% de otros gases (H2, CO2 , etc.). Los gases desempeñan, un papel importante en nuestra vida diaria, debido a que tienen múltiples usos y aplicaciones. Por ejemplo: * El gas doméstico como fuente de energía. * El oxigeno vital para los seres vivos.
: Llamado también estado caótico, es el estado de agregación molecular de * laCONCEPTO materia, donde las moléculas constituyentes están en constante movimiento caótico (al azar), debido a su alta energía cinética interna.
GAS : Es un fluido que toma la forma y ocupa en su * totalidad el volumen del recipiente que lo contiene. Sus moléculas están separadas debido a que la fuerzas de repulsión intermolecular son mucho mayores que las de atracción (cohesión), por eso los gases carecen de forma y volumen definido.
FR
FA
FA
FR
FA <<< FR
FA : Fuerza de atracción intermolecular FR : Fuerza de repulsión intermolecular
GAS
GENERALES : * -PROPIEDADES Cuentan con densidades mucho menores que los sólidos y
líquidos. - Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan homogéneamente, es decir son miscibles entre sí. - Poseen la propiedad de la isotropía, la cual indica que las propiedades físicas y mecánicas son iguales en cualquier dirección con la que se les mida. - Son compresibles, es decir, el volumen que ocupa un gas se puede reducir fácilmente mediante la acción de una fuerza externa, esto se explica debido a la existencia de grandes espacios intermoleculares. - Se pueden expandir, un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene debido a que sus moléculas poseen una alta energía cinética traslacional. - Difusión, consiste en que las moléculas gaseosas se trasladan a través de otro cuerpo material (gas, líquido o sólidos) debido a su alta energía cinética y alta entropía. - Atmólisis, es la separación de los componentes de una mezcla gaseosa por difusión a través de una membrana porosa, el más ligero se difunde a través de la membrana porosa y el más pesado no puede difundirse a través de la membrana porosa. - Efusión, consiste en la salida de las moléculas gaseosas a través de orificios pequeños practicados en la pared del recipiente que contiene el gas, debido a una variación de presión a temperatura constante.
P P
Embolo móvil Compresión
Difusión
Expansión
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El gas doméstico contiene principalmente propano (C3H8), pero el olor se debe a la presencia de mercaptanos (compuestos de azufre)
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Química
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DE ESTADO : * ElFUNCIONES comportamiento de una determinada cantidad de gas (n), es independiente de su composición química y se puede describir mediante el uso de 3 parámetros termodinámicos que son: P, V y T.
*
* *
Presión (P) :
Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entran en contacto, debido al constante movimiento de sus moléculas e incesantes choques que ejercen sobre estas superficies. La presión de un gas se manifiesta en diferentes direcciones con igual intensidad en cualquier parte interior del recipiente que lo contiene. Es decir, los gases ejercen presión isotrópica al recipiente que los contiene. Es decir, ejercen la misma presión en todas direcciones.
Volumen (V) : El gas debido a su alta energía cinética ocupa todo el volumen del recipiente 3 que lo contiene. Unidades: L, mL, m , etc.
Temperatura (T) : Es la medida de la energía cinética media (promedio) de las moléculas gaseosas, debido a la constante agitación que estas experimentan. En las leyes del estado gaseoso se utilizan solo escalas absolutas, en el S.I. La temperatura se mide en Kelvin (K). Unidades: K,ºC * Para lectura absoluta: K = ºC + 273,15 * Para variación: ºC = K
*
Número de moles (n) :
*
LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES :
n
m M
g g/mol
El descubrimiento de estas relaciones cuantitativas, se dio de la mitad del siglo XVII y la mitad del siglo XIX. Para una determinada masa gaseosa y en condiciones moderadas, manteniendo constante una de las variables físicas (P, V o T) es posible demostrar una relación sencilla entre las otras dos.
*
Ley de Boyle (Proceso Isotérmico) : En 1961, Robert Boyle, hizo un sencillo experimento vertiendo mercurio en el extremo abierto de un tubo en forma de J, observando que a medida que iba adicionando más mercurio, la presión sobre el gas aumentaba, haciendo que su volumen disminuya
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2 Chemistry-2.0
Química
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P.V = K Gráficas del Proceso Isotérmico P
P
PV
PV
T3
Isoterma
T2
Isoterma
Isoterma
T1 T2
Isoterma
T1 0
V
Se cumple: T3 > T2 >T1
*
0
T3 T2 T1
T3 T2 T1
T3
1/V
0 P Se cumple: T3 > T2 >T1
Se cumple: T3 > T2 >T1
0
V
Se cumple: T3 > T2 >T1
Ley de Charles (Proceso Isobárico) : En 1787 el físico Francés Jacques Alexandre Charles, pionero en los globos aerostáticos y llenos con hidrógeno, hizo una de las primeras observaciones cuantitativas de los gases a presiones fijas, concluyendo que el volumen de un gas guarda una relación directa con su temperatura. Cuando se sumerge en nitrógeno líquido un globo lleno de aire (-196°C) , el globo se contrae. Después de que se saca el globo del nitrógeno líquido, regresa a su tamaño original. Un gas se contrae cuando se enfría y se expande cuando se calienta.
V
P1
V =K T
P1
V
P2
P2
P3
P3
Isobara
Isobara
-273,15
T (°C)
Gráficas del Proceso Isobarico
*
Ley de Gay-Lussac (Proceso Isocórico) :
Se cumple: P3 > P2 >P1
Joseph Louis Gay-Lussac (1802) P
P =K T
V1
P
V2
V1 V2
V3
V3
Isocora -273,15
Gráficas del Proceso Isocórico
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T (K)
Se cumple: P3 > P2 >P1
Isocara
T (°C) Se cumple: V3 > V2 >V1
T (K) Se cumple: V3 > V2 >V1
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Química
*
ECUACIÓN COMBINADA : La ley de Boyle (V 1/P) y la Ley de Charles (V T) pueden combinarse y expresarse en un solo enunciado: el volumen ocupado por una cantidad dada de un gas es proporcional a la temperatura absoluta dividida entre la presión ( V T/P). Puede escribir esta ecuación como: Para m= cte (n= cte)
*
P.V = K T
LEY DE AVOGADRO : A presión y temperatura constante, el volumen de un gas ideal varía directamente con su cantidad de sustancia (n). Para T, P= cte
*
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V =K n
LEY DE LOS GASES IDEALES :
P.M = T.R.D P.V = R.T.n
D: Densidad (g/L)
P.V.M = R.T.m m: masa (g)
*
MEZCLA DE GASES :
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Es un
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