Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas




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Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar como una colección de esferas perfectamente rígidas que chocan unas con otras pero sin interacción entre ellas. En tales gases toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura.

Un gas ideal se caracteriza por tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura absoluta (T). La relación entre ellas se puede deducir de la teoría cinética y constituye la

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  • n = número de moles

  • R = constante universal de gas = 8.3145 J/mol K

  • N = número de moléculas

  • k = constante de Boltzmann = 1.38066 x 10-23 J/K = 8.617385 x 10-5eV/K

  • k = R/NA

  • NA = número de Avogadro = 6.0221 x 1023 /mol

La ley del gas ideal puede ser vista como el resultado de la presión cinética de las moléculas del gas colisionando con las paredes del contenedor de acuerdo con las leyes de Newton. Pero tambien hay un elemento estadístico en la determinación de la energía cinética media de esas moléculas. La temperatura se considera proporcional a la energía cinética media; lo cual invoca la idea de temperatura cinética. Una mol de gas ideal a TPE (temperatura y presión estándares), ocupa 22,4 litros.

Cálculo

Constantes Moleculares

En la Teoría Cinética de gases, hay ciertas constantes que restringen la incesante actividad molecular.

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Un determinado volumen V de cualquier gas ideal, contendrá el mismo número de moléculas. La masa del gas será pues, proporcional a la masa molecular. Una cantidad estándar de conveniencia es el mol, la masa del gas en gramos igual a la masa molecular en unidades de masa atómica (uma). El número de avogadro es el número de moléculas en un mol de cualquier sustancia molecular.

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El promedio de energía cinética de traslación, de cualquier clase de molécula en un gas ideal, está dada por

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Variables de Estado

Una variable de estado es una propiedad física medible de forma precisa, que caracteriza el estado de un sistema, independientemente de como llegó el sistema a ese estado. Debe ser por sí solo, un valor para caracterizar a un estado. En elejemplo calor-trabajo, el estado final se caracteriza por una temperatura específica (una variable de estado), sin importar que le llevó a ese estado, si el calor, o el trabajo realizado sobre el sistema, o ambos.

Ejemplos comunes de variables de estado son la presión P, el volumen V, y la temperatura T. En la ley de gas ideal, el estado de n moles de gas, está determinado de forma precisa por estas tres variables. Si una propiedad, por ejemplo la entalpía H, se define como combinación de otras variables de estado, entonces ella tambien es otra variable de estado. La entalpia es uno de los cuatro "potenciales termodinámicos", y los otros tres, la energía interna U, la energía libre de Helmholtz F y la energía libre de Gibbs G son tambien variables de estado. Laentropía S, también es una variable de estado.

Algunos textos usan exactamente el término "variable termodinámica", en vez de la descriptiva "variable de estado".

El Mol

Una mol de una sustancia pura es la masa del material en gramos, que es numéricamente igual a la masa molecular en unidades de masa atómicas (uma). Una mol de cualquier material contendrá el número de Avogadro de moléculas. Por ejemplo, el carbono tiene una masa atómica de exactamente 12,0 unidades de masa atómica - por tanto una mol de carbono son 12 gramos. Para un isótopode un elemento puro, el número de masa A es aproximadamente igual a la masa en uma. La masa precisa de los elementos puros con sus concentraciones isotópicas normales, se pueden obtener de la tabla periódica.

Una mol de un gas ideal, ocupará un volumen de 22,4 litros a TPE (temperatura y presión estándares, 0°C y una atmósfera de presión).

Número de Avogadro

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Temperatura y Presión Estándares

La TPE se usa ampliamente como un punto de referencia estándar, en las expresiones de las propiedades y procesos de los gases ideales. La temperatura estándar es el punto de congelación del agua y la presión estándar es una atmósfera estándar. Se pueden cuantificar como sigue:

Temperatura estándar: 0°C = 273,15 K

Presión estándar = 1 atmósfera = 760 mmHg = 101,3 kPa

Volumen estandar de 1 mol de gas ideal a TPE: 22,4 litros

LA ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES

Las leyes de los gases relacionan las magnitudes  que intervienen en sus propiedades: el volumen que ocupan, V, la temperatura a la que se encuentran y la presión que ejercen sobre las paredes del recipiente que los contienen, P.

Las leyes de los gases son:

  Actividad: Explica brevemente a partir de la teoría corpuscular las leyes de los gases.

 

 

LA ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES

Fue Gay - Lussac quien unifico las tres leyes:  la ley de Boye Mariotte (a T cte) y las dos leyes de Gay Lussac (a P cte y a V cte), enunciando la ecuación general de los gases. Nos da la relación entre la presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas.

Esta ecuación general de los gases ideales globaliza las tres leyes estudiadas en una sola ecuación, que nos indica que:

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Utilizando R la ecuación de estado de los gases para 1 mol de sustancia quedará:

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ACTIVIDADES

Actividad 1:  a) Completa la siguiente tabla:  

 b) Obtén el valor de

¿Qué conclusión obtienes?

 

Experiencia

P (mm Hg)

V (l)

T (K)

1

700

5

 

2

----

15

300

3

500

---

323

 

Actividad 2: En el interior de una jeringuilla hay de 10 cm3 de aire a 700 mm de Hg de presión y a temperatura ambiente de 20 ºC. Calcula el volumen que ocuparía dicha masa de aire en le interior de la jeringuilla si la presión fuera la que existe en condiciones normales.

[Solución V2=8,6 cm3]

Actividad 3: Calcular la masa molar del gas cloro sabiendo que 10 cm3 de gas medidos en condiciones normales, tienen una masa de 0,0371 g.

 

 http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/usrn/lentiscal/1-cdquimica-tic/FlashQ/0-1Gases/Gases%20ideales/Teoria-LeydeGasesideales.htm


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