ESTADO GASEOSO

·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 = V0aDt

Vf = V0 + V0aDt

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 = P0b .Dt

Pf = P0 + P0bDt

Pf = P0 (1+ bDt)(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?

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