QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
ESTEQUIOMETRIA II
LEYES VOLUMÉTRICAS Ó ESTUDIO DE LOS GASES 1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN Estados de la materia.- A materia se halla en cuatro estados fundamentales: Sólido, Líquido, gaseoso y plasmático.
Sólido.- Tienen forma definida, las fuerzas de cohesión entre las partículas son mucho mayores en comparación a las fuerzas de repulsión.
Líquido.- Tienen volumen definido, pero forma variable; las moléculas se atraen entre ellas, por las llamadas fuerzas de cohesión.
Gaseoso.- Tienen forma y volumen variable, las fuerzas de repulsión entre sus moléculas son mucho mayores que las fuerzas de cohesión. A velocidad con que se mueven las moléculas son proporcionales a la temperatura.
Plasmático.- Es el estado más abundante de la materia, es un sistema que se halla a elevadas temperaturas, unos 2x105K, están constituidos de iones y partículas subatómicas; esta de materia la encontramos en el interior de las estrellas. El sol es una de las estrellas de nuestra galaxia.
2. CONCEPTO DE GASES.- Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo ha ciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.
3. PROPIEDADES GENERALES DE LOS GASES.- Las principales propiedades generales del estado gaseoso son las siguientes: •
Se comprimen fácilmente cuando sobre ellas se ejercen una presión.
•
Se expanden sin límite, es decir, llenan totalmente el espacio donde se hallan contenidos.
•
Se difunden o mezclan espontáneamente unos con otros.
•
No tienen forma ni volumen propio, adquieren la del recipiente donde se hallan contenidos.
4. CONCEPTOS FUNDAMENTALES TEMPERATURA.- Es una propiedad extensiva de la materia que mide el grado del movimiento molecular. La temperatura es la medida del flujo o grado de calor de una sustancia. ¿Cómo se mide la temperatura de los gases? 1
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
Los termómetros son instrumentos para medir la temperatura.
Escalas termométricas 1) Escalas relativas.-Son aquellas que toman como puntos de referencias, propiedades físicas de algún cuerpo. Y son: La Celsius y Farenheit.
2) Escalas absolutas.- Son aquellas que toman como punto de referencia el cero absoluto. El cero absoluto es la temperatura teórica a la cual cesa todo movimiento molecular en cualquier escala absoluta, equivale a cero.
Relación entre escalas de temperatura: O
C
O
=
F
5
−32
=
K
9
−273
=
R
5
−492 9
VOLUMEN.- El volumen es el espacio que ocupa una determinada porción de sustancia. Los gases ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. ¿Cómo se mide el volumen de los gases? Se utiliza instrumentos volumétricos como la probeta, etc
Unidades del volumen.- La unidad del volumen es el litro (l), pero existen diferentes equivalencias como: 1m
3
1000 =
l
;
1l
1000 ml
=
1000 cm
=
3
1000 cc
=
1 dm
3
=
PRESIÓN.- Es la fuerza que ejercen las moléculas por los choques sobre las paredes del recipiente que lo contiene determina la presión del gas. El número de choques es proporcional a la temperatura. Los gases de la atmósfera ejercen presión sobre la superficie terrestre; a esta presión se la denomina
Presión Atmosférica ¿Cómo se mide la presión de los gases? Hay varios instrumentos para determinar la presión de un gas: •
El Manométricos: Se emplea en las estaciones de servicio para medir a Presión del aire en los neumáticos de los vehículos.
•
El Barómetro: Mide la Presión Atmosférica. 2
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II •
Los Diales: Son los que llevan los cilindros del gas.
¿Quién midió por primera vez la presión? Fue Torricelli, su experimento lo realizo a nivel del mar (0m de altitud).
Materiales Usados a) Tubo llenó de mercurio de cm2 de área y de 1m de longitud. b) Una vasija semillena de mercurio (Hg).
Experimento El tubo de mercurio (Hg) invirtió sobre la vasija hasta estabilizarlo, luego observó dicho equilibrio ocurría a 76 cm (ó 760mm). En el tubo de mercurio (Hg). Como se ve en la figura:
¿A qué concusión llegó Torriceli? Que la atmósfera ejerce una presión equivalente a o que ejerce una columna de 76 cm (ó 760 mm) de mercurio (Hg). Mejor dicho: Atm 1
760mmHg
=
En honor a Torricelli, se quedo que la presión que ejerce una columna de 1mm de Hg se denomina 1 Torriceli (ó 1 Torr). Por tanto: 1mmHg
Torr 1
=
Las equivalencias son: 1 Atm
760mmHg
=
760Torr
=
14.7
=
lb pu lg 2
101.33 Kpa
=
1.033
=
Kgf cm 2
5. TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR
Las propiedades del estado gaseoso. Los postulados fundamentales de la misma son: a) Los gases están constituidos por moléculas que se encuentran ampliamente separados unas de otras por un espacio vacío. b) Una molécula gaseosa es un punto pequeño en medio de un gran espacio. Por eso, El volumen de las moléculas gaseosas es despreciable. c) En los gases no existen fuerzas de atracción entre las moléculas.
3
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
d) Las moléculas de un gas que se mueven a altas velocidades, al azar en todas direcciones; describen trayectorias rectas, chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. e) Los choques de las moléculas son elásticas, por lo cual no existe pérdida de energía.
6. LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES IDEALES
a.
LEY DE BOYLE - MARIOTTE.- “A temperatura constante, el volumen de un determinado gas es inversamente proporcional a su presión; es decir a mayor presión menor volumen a menor presión mayor volumen”. Se denomina proceso Isotérmico.
Representación matemática:
V
1 α =
α
P
V = K
1
∴
K = Con tan te de proporcionalidad
V P = K
P
PROCESO T=Cte
ESTADO I
V 1 P 1 = K
V 2 P 2
V P 1 1
Ley de Boyle:
ESTADO II
V 1 P 2
=
=
K
V P 2 2
=
V 2 P 1
Representación gráfica: 4
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
b.
LEY DE CHARLES.- “A presión constante, el volumen de un determinado gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, es decir; a mayor temperatura mayor volumen a menor temperatura menor volumen”. Se denomina proceso Isobárico.
Representación matemática:
V
α
T
α =
∴
V = K T
V T
T1
=
K
=
PROCESO P=Cte.
ESTADO I
V 1
K = Con tan te de proporcionalidad
V 2
K
= K
T2
V 1
=
T 1
Ley de Charles:
ESTADO II
V T 1 2
V 2 T 2
V T 2 1
=
5
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
Representación gráfica:
c. LEY DE GAY LUSSAC.- “A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta; es decir, a mayor temperatura mayor presión, a menor temperatura menor presión”. Se denomina proceso Isocórico o Isométrico.
Representación matemática:
P
α
T
P = K T
α =
∴
ESTADO I
P T
K
=
=
Con tan te de proporcionalidad
K
PROCESO V=Cte.
ESTADO II
6
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II P 1 T 1
=
P 2
K
P T 1 2
Ley de Gay Lussac:
= K
T 2
P 1 T 1
=
P T = 2 1
P 2 T 2
Representación gráfica:
7
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
d.
LEY COMBINADA.- “El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta e inversamente proporcional a la presión”
Representación matemática: •
•
•
V P 1 1
Ley de Boyle:
V 1
Ley de Charles:
=
T 1
P 1
Ley de Gay Lussac:
V P 2 2
=
………….. (1)
V 2 T 2
=
T 1
…………… (2)
P 2 T 2
…………… (3)
Multiplicando (1), (2) y (3) miembro a miembro, se tiene: V 1
2
•
T 1
P 1
2
2 =
V 2
2
•
T 2
P 2
2
2 =
Cte.
• P 1 V 1
Ley combinada:
; extrayendo raíz cuadrada
=
V 2
T 1
• P
V P T 1 1 2
2
T 2
V P T 2 2 1
=
Representación gráfica: T2 >T1 P2 – P3 P1
T2 T1
V2
V1 V3
8
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
e.
LEY DE DALTON.- “En una mezcla gaseosa que no reacciona químicamente, la presión total es la suma de las presiones parciales que cada uno de los gases ejercía independientemente de los otros” P T
f.
= P 1
+ P 2
+ P 3
+ .......
LEY DE LOS GASES IDEALES: ECUACIÓN DE ESTADO.- Claus Clapeyrón, relacionando las leyes de Boyle, Charles y el principio de Avogadro, obtiene una expresión que relaciona simultáneamente las cuatro variables: volumen (V), temperatura (T) y el número de moles (n). El número de moles (n) permanece constante. Dicha expresión es:
Representación matemática: De acuerdo a la ecuación Combinada, se tiene: V • P
V • P T
PV
PV
=
; sea Cte. = R
Cte.
=
T
R
RT
= =
Pero :
Para 1 mol Para “ n” moles
nRT
n
PV
m
=
m
RT
M
=
M
Donde R= constante universal de los gases tiene un valor de: R
Atm •l Torr •l =0.082 =62.4 mol • K mol • K
Deducción de los valores de R: Supongamos que se tiene de 1 mol de gas en Condiciones Normales (CN) Reemplazando en la ecuación general de los gases ideales: n = 1 mol PV
nRT
=
R
=
P •V nT
9 R
=
1 Atm •22.4l
1mol •273 K
R
Atm •l = 0.082 mol • K
QUÍMICA ESTEQUIOMETRÍA II
P = 1 Atm T = 273 K V = 22.4 l
10
