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CITE
LAS PROPIEDADES MAS SOBRESALIENTES DE LOS GASES
A
QUE PROCESO SE REFIERE LA LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC?. REPRESENTACION GRAFICA
DE P vs. T y V vs. T
.
ESCRIBA
LA ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES Y EXPLIQUE EL SIGNIFICADO.
ENUNCIE
LOS POSTULADOS DE LA TEORIA CINÉTICA
¿QUE
SE DENOMINA EFUSIÓN Y DIFUSIÓN DE LOS GASES?
ESCRIBA
LA FORMULA DE DIFUSIÓN DE LOS GASES. ¿QUÉ PUEDE DETERMINAR
CON ELLA?
ESCRIBA
LA FORMULA DE LA VELOCIDAD CUADRÁTICA MEDIA DE LOS GASES. ¿QUÉ
LEYES SE DEMUESTRAN?
A
QUIENES SE DENOMINAN GASES REALES
MEDIANTE
LAS ISOTERMAS DE ANDREWS, EXPLIQUE CUANDO COMIENZA A SER IDEAL UN DETERMINADO
GAS.
MEDIANTE
EJEMPLOS EXPLIQUE LA LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES (DALTON)
·CITE
LAS PROPIEDADES MAS SOBRESALIENTES DE LOS GASES
wSon transparentes,
y la mayoría incoloros: N2, O2, H2,
NO, CO y CO2.
Algunas
excepciones son: I2 cuyos valores son violetas, Cl2
(verde), NO2 (pardo), etc,.
wSon compresibles,
es decir, disminuyen su volumen por aumento de presión.
wOcupan
todo el espacio disponible. Es decir, se expanden en forma ilimitada, llenando
cualquier recipiente. No tienen volumen ni forma propia.
wSe mezclan
entre si
en todas proporciones formando mezclas homogéneas independientemente
de que tan diferentes sean los gases entre si. Si juntamos O2
conN2 a temperatura ambiente,
no reaccionan entre si, se van mezclando y el comportamiento del conjunto
seria como el de un solo gas.
wEjercen
presión:
los gases se suponen constituidos por partículas que se mueven continuamente
chocando entre ellas y contra las paredes del recipiente. Siendo al presión
la fuerza por unidad de superficie.
wSe
dilatan
por el calor. Aumentan su volumen por efecto de un incremento de la temperatura.
El aumento de la temperatura provoca un aumento en la velocidad de los
choques de las moléculas, por lo tanto, aumenta la energía
sintética y por consecuencia aumenta el volumen.
wSu
pequeña densidad
es lo que lo diferencia de los líquidos y los sólidos.
·QUE
PROCESO Y QUE RELACIONA LA LEY DE BOYLE – MARIOTTE?. REPRESENTACION GRAFICA.
Boyle
– Mariotte, en el siglo XVII, estudiando los gases en cuanto a su comportamiento,
establecieron la ley que vincula el volumen de un gas con la presión
que el mismo soporta cuando la temperatura permanece constante.
Como
resultado de la experiencia tenemos que:
·Un
aumento de presión produce disminución de volumen y viceversa.
·El
producto de ambos, permanece constante.
Podemos
escribir esta relación, que se conoce como ley de Boyle:
aT
= constanteyan
= constanteP
.V=K
donde
n es el numero de moles del gas es decir, una cantidad fija del mismo.
A
esta ley la podemos expresar de otra manera,
V
= K . 1/P
Esto
quiere decir que "a
temperatura constante, el volumen de una cantidad fija de gas, es inversamente
proporcional
a su presión".
Si
se representa gráficamente P= f(V), se obtiene una hipérbola
equilátera (llamada isoterma).
Ahora,
si graficamos el producto P.V en función de la P se obtiene una
recta paralela al eje de las abscisas, debido a que el producto es constante.
Esta
ley por cumplirse a temperatura constante, es una ley isotérmica,
y el proceso por ende, es isotérmico.Un gas ideal obedece a la ley
de Boyle exactamente a todas las temperaturas y presiones. El comportamiento
P.V de un gas real se aproxima al de un gas ideal en la medida que aumenta
su temperatura o que disminuya su presión.
·A
QUE PROCESO SE REFIERE LA LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC?. REPRESENTACION GRAFICA
DE P vs. T y V vs. T
.
Mientras
Boyle estudiaba el comportamiento de los gases a temperatura constante;
en el mismo siglo, Charles y Gay Lussac mediante sus estudios demostraron
que, a presión constante el volumen de una muestra de gas se expande
cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Mas importante
aun, demostraron que por cada grado de aumento de la temperatura a presión
constante, cada gas se expandía en a
= 1/273 de su volumen a 0 °C.Se
define a
como el coeficiente de dilatación de los gases con
la temperatura presión o volumen constante y su valor es 1/273 (el
mismo valor para ambos casos e independiente de la naturaleza del gas).El
coeficiente de dilatación del gas a presión constante, esta
dado por la siguiente ecuación
De
la ecuación anterior si despejamos
Vf
– V0 = V0 . a
. Dt
Vf
= V0 + V0 . a
. Dt
Vf
=
V0 (1 + a.Dt)(1)
Con
esta formula se podrá calcular el volumen final de un gas conociendo
su volumen a 0 °C
y la variación de la temperatura.El coeficiente de dilatación
de los gases a volumen constante, estará dado por la siguiente ecuación:
Cuyo
valor es el mismo que para presión constante.
Si
despejamos la ecuación anterior:
Pf
– P0 = P0 . b
.Dt
Pf
= P0 + P0b
. Dt
Pf
= P0 (1+ b
. Dt)(2)
Con
esta formula se podrá calcular la presión final de un gas.Si
representamos gráficamente Vf = f(T), se obtiene una
recta cuya pendiente es a
. V0, y extrapolando hasta el punto donde interceptando el eje
de las temperaturas, se obtiene la temperatura a la cual el volumen se
hace 0 (cero) y es t = -273,15 °C.
Como cualquier Vgas=0 imposible, esta baja temperatura se llama 0K (cero
Kelvin) o Cero Absoluto: siguiendo la escala absoluta.
La
relación entre °C
y °K
es:
Relación
que se conoce como segunda ley de Carles-Gay Lussac y dice: "que a volumen
constante la presión de una masa gaseosa es directamente proporcional
a su temperatura absoluta".
·¿A
QUE SE DENOMINAN TEMPERATURASABSOLUTAS
O KELVIN?TRANSFORME A GRADOS KELVIN
a) 25ºC b)-10ºCc)100ºC.
"Se
llama temperatura absoluta a las temperaturas medidas desde el cero absoluto
".
Dicha temperatura se expresa en º
K (grados kelvin).
T(
°K)=t( °C)+273.(°K/°C)
a)25
°CT= 25 + 273= 298 °K
b)–10
°CT=-10°C+273=263 °K
c)100°CT=100+273=
373 o
·ESCRIBA
LA ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES Y EXPLIQUE EL SIGNIFICADO.
Teniendo
en cuenta las leyes anteriores y los siguientes estados para un mismo gas,
podemos deducir la ecuación de estado y a partir de ella, una ecuación
general para gases ideales, en las cuales se involucran las tres variables(P,
V, T) .
En lagrafica P=f(T), tendremos los siguientes estados:
Para
pasar del estado 1 a 1´, lo hacemos a P1= cte , es decir
, mediante un proceso Isobárico (1° ley de Charles-Gay Lussac).
El
valor de R: constante universal de los gases, se puede calcular
a partir de la ecuación (C):
R=(P0.
V0)/T0considerando
este estado como un estado de referencia llamado condiciones
normales:
P0:1
atm.ó 760 mmHg.
V0:
22,4
lts./mol
T0:
273
°K
Usando
otras unidades Rresulta:
62,363mmHg.cm3/mol.°K
62,363mmHg
. lts/mol. °K
8,314J/mol.°K
De
la ecuación (C): (P.V)/t =R
de
donde:
P.V=R.T
Ecuación de estado para 1 mol de gas ideal
para
n moles:
P.V=n.R.TECUACION
GENERAL DE LOS GASES
Esta
ecuación que describe la relación entre las cuatro variables(P,
V, T, n) se llama ecuación general
de los gases ideales. Ecuación muy útil para
el calculo de cualquier variable o propiedad, una vez que se conocen las
otras tres.
·SE
PUEDE CALCULAR CON LA ECUACION GENERAL DE L0S GASES : a)LA DENSIDAD DEL
GAS, b) EL PESO MOLECULAR DEL GAS.
a)La
ley de los gases ideales se utiliza para calcular como varían otras
propiedades físicas con la temperatura y la presión. Para
el cálculo de la densidad, a partir de dicha ecuación debemos
saber que la densidad es igual a la masa por unidad de volumen. Para ello
se deberá reordenar la ecuación, sabiendo que el mol constituye
el eslabón de enlace entre lo que se sabe y lo que quiere saber.En
este caso el objetivo es convertir la masas por unidad de volumen en moles
por unidad de volumen, y luego usar la ley de los gases ideales para escribir
el nro. de moles en función de la presión y de la temperatura.Como
el numero de moles es igual a la masa gaseosa sobre el peso molecular de
la misma, donde:
n=m/Mn:nro.
de moles
m:
masa del gas en gramos.
M:
peso molecular del gas.
despejando
la masa de la ecuación anterior nos queda : m=n.M
Ahora utilizamos este resultado para expresar la densidad en función de los moles :
Esta
ecuación indica que la densidad de un gas aumenta con la presión.
Dicho de modo más preciso, indica que la densidad es proporcional
a la presión, por lo que al duplicarse la presión se duplica
la densidad. La ecuación indica así mismo cual es la dependencia
de la densidad con respecto a la temperatura: cuando la presión
se mantiene constante (lo que significa que el gas se expande al calentarlo),
la densidad disminuye al aumentar la temperatura.A diferencia de las moléculas
de los sólidos y líquidos, las moléculas gaseosas
están separadas por distancias grandes en comparación con
el tamaño. En consecuencia, la densidad de los gases es muy baja
en condiciones atmosféricas. Por esta razón las unidades
de densidad se expresan comúnmente en gr/lts.
a)En
la práctica los químicos por lo general trabajan con sustancias
desconocidas o solo parcialmente definidas en composición. si la
sustancia es desconocida y se trata de un gas, se puede encontrar su peso
molecular gracias a la ecuación del gas ideal. (o datos de la masa
y del volumen para el calculo de la misma)del
gas a una presión y temperatura conocidos. Reordenando la ecuación
(d) tendremos:
·ENUNCIE
LOS POSTULADOS DE LA TEORIA CINÉTICA
Las
leyes de los gases ayudan a predecir su comportamiento, pero no explican
los cambios en volúmenes, presión o temperatura a nivel molecular
cuando se alteran las condiciones,.A principios de la década de
1850, Maxwell y Boltzman, encontraron que las propiedades físicasde
los gases podrían ser explicadas satisfactoriamente en términos
de movimientos individuales de las moléculas. Esta proposición
sirve para mostrarel significado
de las observaciones de los fenómenos en el mundo macroscópico
(cambios de presión, volumen, temperatura ) e interpretar el comportamiento
del mundo microscópico (propiedades de las moléculas ). El
trabajo de Maxwell-Boltzman, condujo a la fundación de la
teoría cinético molecular de los gases. Basadas
en las siguientes suposiciones:
wEl
gas está compuesto por moléculas muy pequeñas (partículas
o masa puntual) de tal manera que sus tamaños son despreciables
comparados con la distancias entre ellas y con el tamaño del recipiente,
por lo que su volumen tampoco se considera.
wLas
moléculas de los gases están en constante movimiento aleatorio
(movimiento continuo y al azar )en
todas direcciones y frecuentemente chocan unas con otras, como así
también, con las paredes del recipiente. Las coaliciones entre las
moléculas son perfectamente elásticas, es decir, la cantidad
de movimiento cuando impacta es igual a la cantidad de movimiento cuando
vuelve. Esto significa que a pesar de que se pueda transferir la energía
de una molécula a la otra como resultado de las colisiones, la energía
total del conjunto de las moléculas del sistema permanece constante.
Es decir, no hay perdida de energía.
wLas moléculas de un gas son completamente independientes entre si, no hay fuerzas de atracción ni repulsión entre ellas.
wLa
energía cinética promedio de las moléculas es proporcional
a la temperatura del gas en kelvin.
Ec=K:TA
mayor energía cinética mayor temperatura.
Las
partículas se mueven con distintas velocidades por lo tanto, habrá
también distintas Ec. Es por ello que se saca la energía
cinética promedio.De acuerdo con la teoría cinéticamolecular,
la presión de un gas es el resultado de las colisiones entre las
moléculas y las paredes del recipiente. Depende de la frecuencia
de las colisiones por unidad área y cuan "fuerte " chocanlas
moléculas con las paredes del recipiente.Del último postulado
de la teoría cinética, se observa que la temperatura absoluta
es un índice del movimiento aleatorio de las moléculas: a
mayor temperatura, el movimiento es más enérgico. Por ésta
razón el movimiento molecular aleatorio algunas veces se describe
como movimiento térmico, porque está relacionado con la temperatura
de la muestra gaseosa.
·¿A
QUE SE DENOMINA EFUSIÓN Y DIFUSIÓN DE LOS GASES?
·ESCRIBA
LA FORMULA DE DIFUSIÓN DE LOS GASES. ¿QUÉ PUEDE DETERMINAR
CON ELLA?
Difusión gaseosa:Es la mezcla gradual de moléculas de un gas con las moléculas de otro en virtud de sus propiedades cinéticas, constituye una demostración directa del movimiento aleatorio. También se define "como el proceso de diseminación de una sustanciaen un espacio o en otro medio, o bien cuando están separadas ambas sustancias gaseosas por una barrera porosa ".
La
velocidad de difusión de un gas depende de la velocidad de sus moléculas:
cuanto más alta es su velocidad, tanto más rápidamente
se mezclan. En 1832, Tomas Graham, encontró que "en las mismas condiciones
de temperatura y presión , las velocidades de difusión de
las sustancias gaseosas son inversamente proporcionales a la raíz
cuadrada de sus pesos moleculares o de sus densidades ". Este enunciado
se conoce como Ley de difusión de
Graham . Cuya expresión matemática es la siguiente:
Se
ha utilizado esta ley para determinar los pesos moléculares los
compuestos volátiles, pero en la actualidad se disponen de métodos
más exactos (especialmente la espactrometría de masa). Puesto
que la velocidad de difusión es inversamente proporcional al tiempo
que necesita para difundirse una cantidad dada de gas, la ley de Graham
implica que el tiempo (t)necesario
para la difusión es directamente proporcional a la raíz cuadrada
del peso molecular. Por consiguiente , la relacion entre los tiempos que
necesitan dos gases distintos para difundirse, cuando estan en las mismas
condiciones de presion y de temperatura es:
Por
consiguiente , la relacion entre los tiempos que necesitan dos gases distintos
para difundirse, cuando estan en las mismas condiciones de presion y de
temperatura es:
EFUSIÓN:Es
el proceso por medio del cual un gas bajo presión escapa de un compartimento
a otro pasando a través de una pequeña abertura. A pesar
de que la efusión difiere de la difusión en naturaleza, la
velocidad de efusión de un gas también está dada por
la ley de difusión de Graham.
·ESCRIBA
LA FORMULA DE LA VELOCIDAD CUADRÁTICA MEDIA DE LOS GASES. ¿QUÉ
LEYES SE DEMUESTRAN?
Del
último postulado de la teoría cinética, se concluye
que la energía cinética promedio es directamente proporcionala
la temperatura absoluta; pero también la energía cinética
promedio de una molécula está dada por:
Ec
: 1/2. m. v 2
donde:m:
es la masa de la molécula.
v:
es la velocidad de la misma. Pero la barra horizontal denota el valor promedio
de la misma. El símbolo v 2 se lee como velocidad cuadrática
media, la cual se define como el promedio de los cuadrados de las velocidades
de todas la moléculas.
donde
N es el numero, total de moléculas presentes.
La
teoría cinética también permite relacionar la presión
y el volumen (cantidades macroscópicas ), con parámetros
moleculares como el peso moleculary
la velocidad cuadrática media, de acuerdo a la siguiente expresión
:
P.
V = 1/3 . n . M .v2
De
la ecuación de los gases ideales P.V =n. R.T
Igualando
ambas ecuaciones tenemos:
1/3.
n . M. v2 = n. R.T
v2=3
. R. T/M
Aplicando
raíz cuadrada a ambos miembros nos queda:
Esta
formula, determina la dependencia de la velocidad cuadrática media
con respecto a R.
·A
QUIENES SE DENOMINAN GASES REALES
Un
gas ideal es aquel cuyas moléculas no ejercen fuerza alguna, ni
de atracción ni de repulsión, entre ellas incluso se dijo
que el volumen de las mismas, es despreciablemente pequeño en comparación
con el recipiente que lo contiene. se dice entonces que un gas que satisface
estas condiciones exhibe un comportamiento ideal. Y por lo tanto, cumplen
con las leyes de los gases ideales.
Losgases
reales, no obedecen de modo exacto la ley de los gases ideales.
Las desviaciones con respecto a esta ley son debidas a las fuerzas intermoleculares,
es decir, a las atracciones y repulsiones entre las moléculas de
gas. Estas interacciones se vuelven importantes cuando las presiones son
altas, ya que entonces las moléculas están más cercas
unas de otras.La prueba de la existencias deque
hay fuerzas atractivas es la existencia de sólidos y líquidos,
que están formados por moléculas unidas por dichas fuerzas
atractivas. La prueba de que existen fuerzas repulsivas entre las moléculas
que están muy cerca unas de otras es la dificultad que implica comprimir
líquidos y sólidos. Esto indica que sus moléculas
se resisten a formar una masa más apiñada . La importancia
de las fuerzas atractivas y repulsivas se evidencian en la siguiente gráfica:
Los
componentes de ordenadores por debajo del eje horizontal representan las
fuerzas de atracción y los componentes de ordenadores por encima
del eje horizontal representan las fuerzas repulsivas. Las fuerzas atractivas
no tienen importancia cuando la distancia de separación a 10 diámetros
moleculares, ya que entonces las moléculas están demasiado
alejadas para influirse entre si. Las fuerzas atractivas aumentan a medida
que las moléculas se acercan entre sí y cada vez se ejercen
una mayor influencia mutua. Sin embargo, cuando las moléculas entran
en contacto, las fuerzas atractivas se ven superadas por las fuerzas repulsivas.
estas fuerzas repulsivas aumentan de un modo marcado y pueden alcanza valores
muy elevados si las moléculas llegan a interpenetrarse. Otras desviaciones
con respecto a la ley de los gases ideales, esta en que las moléculas
poseen volúmenes, y cuando se producen los choques entre ellas,
hay perdida de energía.
·ESCRIBA
LA ECUACIÓN DE VAN DER WALS PARA LOS GASES REALES. EXPLIQUE EL SIGNIFICADO
DE LOS FACTORES DE CORRECCIÓN.
Se
han propuesto muchas sugerencias e ideas para modificar la ley de los gases
ideales a fin de que tengan en cuenta el efecto de las fuerzas intermoleculares.
Una de las ecuaciones más útiles, fue la propuesta por Van
Der Waals, en el siglo XIX.
DONDE:
p:
Es la presión real u observada
v:
Es el volumen real u observado
a:
Representa el efecto de las fuerzas atractivas
b:
Representa el efecto de las fuerzas repulsivas; también es una medida
del volumen de las moléculas de gas, llamada covolumen.
En el caso de los gases ideales b=0, porque las moléculas son puntuales.
n:
es el nro. de moles.
R:
constante de los gases
T:
temperatura absoluta.
La
ecuación de Van Der waalses
empleada para llevar la presión real y el volumen real al limite
de P y V ideal (los gases reales se acercan a la idealidad a bajas presiones
o a altas temperaturas ).
al
comportamiento no ideal depende de cuan a menudo dos moléculas se
aproximan una a otra. El nro. de tales encuentros aumenta con el cuadrado
del nro. de moléculas por unidad de volúmenes (n/v2)
porque la presencia de cada una de las dos moléculas en una región
particular es proporcional a n/v. La cantidada,
es solo una constante de proporcionalidad en el termino de corrección
de la presión.
Otra
corrección es la concerniente al volumen ocupado por las moléculas
del gas. La cantidadV de la ecuación
representa el volumen del recipiente. Sin embargo, cada molécula
ocupa un volumen finito
intrínseco,
aunque pequeño,por lo que
el volumen efectivo del gas se convierte en (v-n.v), donde n es el nro.
de moles de gas y b es una constante. El termino (n.b) representa el volumen
ocupado por n moles del gas.
·MEDIANTE
LAS ISOTERMAS DE ANDREWS, EXPLIQUE CUANDO COMIENZA A SER IDEAL UN DETERMINADO
GAS.
Hemos visto que un gas perfecto obedece a ley de Boyle. Por lo tanto, si se lo comprime isotérmicamente el volumen disminuirá continuamente y seguirá siendo gas aún a presiones muy elevadas. Esto se evidencia en la siguiente gráfica.
Tratándose
de un gas real, al aumentar la presión, el volumen disminuye, de
modo que al principio (bajas presiones )el
compartimento no es muy diferente del que corresponde un gas perfecto.
Curva a-b, Sin embargo, al alcanzar una determinada presión, el
gas comienza a considerarse, y a partir de ese momento, si se continua
disminuyendo el volumen, no se produce ningún aumento de presión,
hasta que todo el gas se condense. recta b-c.
Ya que los líquidos son incompresibles, a partir de este momento, se requieren grandes aumentos de presión, para produciruna pequeña disminución del volumen. Así la curva se eleva verticalmente hacia arriba, desde C hasta d. Es evidente, que todos los puntos pertenecientes a la recta b-c, representan estados de equilibrio entre el liquido y vapor. Estamos entonces en presencia de vapor saturado, y la presión correspondiente, se llama tensión de vapor saturado.
se
ve entonces, que la temperatura dada hay una presión a la cual pueden
coexistir en equilibrio el vapor con su liquido.
Si
se repite el experimento, anterior, para temperaturas elevadas se encuentra
que cada vez será necesario aplicar una presión mayor para
que el gas se condense. Por lo tanto, podemos decir, que la presión
de vapor saturado aumenta con la temperatura. Esto se evidencia en la siguiente
gráfica. En la cual observamos que a medida que aumenta la temperatura,
al punto b se corre a la izquierda y el c a la derecha, hasta que para
una temperatura determinada, Tc, ambos puntos coinciden. En otras palabras,
el paso del vapor al liquido se produce sin ningún cambio de volumen.
Se
denomina temperatura crítica(Tc)
" a la temperatura por encima de la cual no se puede licuar ningún
gas por simple compresión ".
La
presión y el volumen correspondiente a ese punto se denomina presión
y volumen critico. Y se llama punto
criticoal punto donde se confunden b
y c.
Por
encima de la Tc no puede licuarse el gas, comportándose entonces
como un gas perfecto.
Las
Tc correspondientes al agua, al dióxido de carbono y al amoníaco
son superiores a la temperatura ambiente, de modo que pueden licuarse solo
con aumentar la presión.
En
cambio el He y el H, tiene tc muy bajas, y requieren un enfriamiento previo.
Las
isotermas de esta última gráfica, obtenidas para el dióxido
de carbono, se denominan isotermas de Andrews
o isotermas de un gas real.La
línea de punto dentro de la gráfica , divide tres zonas :
la sombreada correspondiente a la zona en que el vapor y el líquido
están en equilibrio. Y las zonas correspondientes a gas y a liquido
indicadas en la figura.
De
acuerdo a esto, un gas es perfecto o comienza a ser ideal por encima de
la Tc.
·MEDIANTE
EJEMPLOS EXPLIQUE LA LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES (DALTON)
En
un recipiente tenemosel gas A con
presión PA, y en otro recipiente el gas B con presión
PB, que ocurrirá si mezclamos ambos?
