Sustancia caracterizadas por unas fuerzas de cohesión entre sus moléculas muy débiles o inexistentes, los gases no tienen forma ni volumen, se mueven libre y




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fecha de publicación04.01.2016
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UNEFA

Química General

Ing. Arévalo Uribe



UNIDAD 5. GASES
5.1 Gases:
Sustancia caracterizadas por unas fuerzas de cohesión entre sus moléculas muy débiles o inexistentes, los gases no tienen forma ni volumen, se mueven libre y caóticamente, y tienden a ocupar el espacio disponible. Con una densidad extremadamente pequeña son expansibles y comprensibles. Sus propiedades dependen de la presión y la temperatura.
Propiedades Generales:
Volumen: debido a que en un gas las moléculas se mueven libremente, el volumen del mismo se muestra especificado únicamente por el volumen del recipiente que los contenga. En vista de que los gases se mezclan libremente unos con otros, si estuvieran presentes varios gases, cada uno de ellos ocuparía el mismo volumen, esto es ele volumen total del recipiente.
Unidades Comunes de Volumen: Litros (L), Mililitros (ml), Metros Cúbicos (m3), Pies Cúbicos (ft3)
Presión: la presión se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie P=F/A. los gases contenidos en un recipiente (Sistema Cerrado) ejercen una presión uniforme sobre toda la superficie del mismo. Mientras que los gases libres (Sistema Abierto) ejercen una presión conocida como presión Atmosférica.
La presión en un sistema abierto (Presión Atmosférica) se mide con un instrumento llamado Barómetro, mientras que la en un sistema cerrado (Presión Manométrica) se mide con un instrumento llamado manómetro.
La presión atmosférica disminuye con la altura, a nivel del mar la presión atmosférica es 1 Atm = 760 mm Hg =101.3 kpa = 14,7 psig.

5.2 Ley de Boyle: (Robert Boyle 1627- 1691, Químico y Filosofo Británico)
Ley que indica que ha temperatura constante, la presión a la que esta sometido un gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa. Es decir si la presión aumenta el volumen disminuye y viceversa. Esta ley no se cumple para valores grandes de presión porque el gas se Licua, o bien el tamaño de las partículas hace que siempre exista un volumen mínimo que nunca es cero.
Matemáticamente se representa como:
La proporcionalidad puede hacerse agregando una constante
P*V=constante



A temperatura y presión estándar la Constante “R” equivale a 0,0821 L*atm/K*mol
Aunque los valores individuales de presión y volumen pueden variar, siempre que la temperatura permanezca constante y no varié la cantidad de gas, el producto de P*V siempre será igual a la misma constante, por consiguiente para una muestra de gas en condiciones distintas a temperatura constante,


Ejemplo: un globo inflado con un volumen de 0,55 L a al nivel del mar, se deja elevar a una altura de 6,5 km, donde la presión de de 0,4 atm, asumiendo la temperatura constante, cual es el volumen final del globo?

P1= 1 Atm

V1= 0,55 L

P2= 0,4 Atm

V2= ? L




Ejemplo: si 100 ml de un gas originalmente a 760 mm Hg se comprimen a una presión de 800 mm Hg, a una temperatura constante ¿Cual será su volumen final?

P1= 760 mm Hg

V1= 100 ml

P2= 800 mm Hg

V2= ? ml


Como ya se dijo un gas real no cumple la ley de Boyle bajo condiciones de grandes presiones, un Gas Ideal seria aquel que cumpliera la ley de Boyle bajo todas las condiciones. Si bien ningún gas cumple rigurosamente estas leyes, el nitrógeno, el hidrogeno y el helio, se aproximan bastante a presiones bajas y temperaturas elevadas.
En las condiciones bajo la cual se trabaja en el laboratorio, y considerando el grado de precisión en la mayoría de los cálculos, la mayoría de los gases pueden considerarse como ideales, es decir se rigen por la ley de Boyle.
A su vez otros científicos entre ellos Jacques Charles, Gay-Lussac, Avogrado, y Lord Kelvin, enunciaron otras leyes que complementan la Ley de Boyle, y que conllevan a la ecuación de los gases ideales

Las moléculas de un gas ideal no se atraen ni se repelen entre si, y su volumen es despreciable en función del recipiente que lo contiene.
Ejemplo: calcule la presión ejercida por 1,82 moles de un gas en un recipiente de 5,43 L a 69,5 ºC.



P = 9,42 atm
5.3 Teoría Cinética Molecular para los Gases.
Esta teoría considera que la materia esta formada por partículas en continuo movimiento. Fue elaborada en el siglo XIX gracias a las aportaciones de Bolzmann, Brown, Maxwell y Clausius.
Se puede resumir con los siguientes postulados:


  • La materia esta formada por partículas en constante movimiento

  • En los gases las moléculas están separadas por distancias muy grandes, en comparación por su tamaño.

  • En los gases las partículas en su movimiento al azar colisionan entre si en choques elásticos.

  • La presión de un gas es consecuencia de los choques elásticos. A mas choques mas presión y a mas moléculas mas choques.

  • Las fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas son nulas.

  • En un gas las partículas individuales poseen diferentes energías cinéticas. Sin embargo la energía cinética promedio de cualquier gas es la misma a la misma temperatura.


5.4 Ley de difusión de Graham:
Difusión: Movimiento originado entre las partículas en el interior de una mezcla de gases o de una disolución liquida tendente a conseguir una composición homogénea y uniforme en todo el sistema. Los gases se difunden muy rápido, mientras que los sólidos tienen una velocidad de difusión infinitamente lenta.
Ley de difusión de Graham expresa que la velocidad de difusión de un gas que pasa a través de un tabique poroso es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad

Esta relación demuestra que los gases más ligeros se esparcen más rápidamente que los más pesados.
La velocidad de difusión de dos gases se puede comparar dividiendo la velocidad de uno entre la velocidad del otro.

Con la ayuda de la ecuación de los gases ideales se puede demostrar que la densidad de un gas es directamente proporcional a su peso molecular.
Por lo tanto


Es decir


En donde MA y MB son los pesos moleculares de A y B respectivamente.

Ejemplo: Cual gas se difunde mas rápido, el Amoniaco o el Dióxido de Carbono?
PM CO2 = 44 gr

PM NH3 = 17 gr

Por lo tanto la velocidad de difusión del amoniaco es 1,6 veces más rápida que la velocidad del CO2

5.5. Gases Reales
Son gases que no obedecen a la ley de Boyle, a la vez que no se rigen estrictamente por los postulados de la Teoría Cinética Molecular. Para estudiar los gases reales con profundidad es necesario modificar la ecuación del Gas Ideal tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volúmenes finitos.
El físico irlandés J.D. Van der Waals estableció una ecuación que lleva su nombre para extrapolar la ecuación de gas ideal y transformarla en un ecuación para gases reales:

Que es la ecuación de estado de Van der Waals para un gas real, esta ecuación es mucho mas compleja que la ecuación del gas ideal, pero muchos gases se ajustan bien a ella dentro de un margen razonablemente amplio de temperatura y presión.
Los valores de a y b dependen de la naturaleza del gas porque los volúmenes moleculares y las atracciones moleculares varían de un gas a otro. Dichos valores se determina experimentalmente y permiten verificar las teorías sobre el tamaño molecular y las atracciones moleculares.

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