El gas es un tipo de materia que se encuentra regida bajo ciertos principios de presión y temperatura.La dinámica de los gases, específicamente los que se comportan de forma similar en condiciones normales de temperatura, presión y volumen, hacen que el estudio de estos sea de vital importancia para el entendimiento de fenómenos que ocurren en la naturaleza o de forma controlada en máquinas y herramientas hechas por el hombre.

INTRODUCCION

GENERALES

Reconocer las propiedades de los gases

ESPECIFICO

OBJETIVOS

Un gas consiste en un conglomerado de partículas (átomos o moléculas) que responden a las leyes de la Mecánica newtoniana.

La enorme cantidad de partículas se mueven caóticamente y están tan separadas entre sí que su propio volumen es despreciable frente al que ocupa todo el gas.

No existen fuerzas apreciables sobre las partículas salvo las que operan durante los choques elásticos entre sí y contra las paredes

LAS HIPÓTESIS

No tienen forma fija. Su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. Las partículas se mueven de forma

desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene.

Presentan expansibilidad y compresibilidad.

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

Propiedades de los gases

TEORIA CINETICA MOLECULAR

La teoría cinética de los gases explica lascaracterísticas y propiedades de lamateria en general, y establece que elcalor y el movimiento estánrelacionados, que las partículas de todamateria están en movimiento hastacierto punto y que el calor es una señalde este movimiento.

La teoría cinética de los gases considera que los gases están compuestos por lasmoléculas, partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existeentre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y elvolumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo una fracción pequeña delvolumen ocupado por todo el gas. por tanto, al considerar el volumen de un gasdebe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.

1. Las moléculas de un gas ideal tiene masa y son esféricas ,pero su volumen es despreciable comparado con el volumen del recipiente.2. Las moléculas se desplazan siguiendo una trayectoria rectilínea. Su movimiento del gas es continuo rápido y al azar.3. Entre las moléculas del gas no existen fuerzas de atracción ni de repulsión, debido a ello, las moléculas se mueven libremente.4. Las moléculas gaseosas al chocar entre ellas y contra las paredes del recipiente no pierden velocidad y no pierden ni ganan energía porque los choques son perfectamente elásticas5. La energía cinética promedio de las moléculas gaseosas (velocidad promedio) solo depende de la temperatura.

POSTULADOS:

Gas imaginario que cumple exactamente con los postulados de la teoría cinética molecular, o cuando cada unidad molecular se comporta en forma independiente de las otras.

Los gases manifiestan un comportamiento ideal a bajas presiones y altas temperaturas.

GAS IDEAL O PERFECTO

MOVIMIENTO GAS IDEAL

En un gas ideal las moléculas no interactúan entre si y se mueven aleatoriamente. En condiciones normales y en condiciones estándar, la mayoría de los gases presentan comportamiento de gases ideales, entre estas leyes tenemos:

LEY DE LOS GASES IDEALES

La relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante.Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle.La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

T = cte

V α 1/P

Ley de Boyle y Mariotte

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:(el producto de la presión por el volumen es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

¿Por qué ocurre esto?

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante.

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

P = cte

V α T

Ley de Charles

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor. Matemáticamente podemos expresarlo así:

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

¿Por qué ocurre esto?

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante.Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

V = cte

P α T

Ley de Gay Lussac

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

¿Por qué ocurre esto?

Relación entre la cantidad de gas y su volumen.Esta ley, descubierta por Amadeo Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.Bajo condiciones normales (273 K y 1 atm) y teniendo en cuenta que un mol equivale a 6,02 x 1023 moléculas, 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros. Por otro lado, el peso molecular de un gas es la masa de dicho gas que ocupa 22,4 litros a condiciones normales.

Ley de Avogadro

Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presión dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original.Según hemos visto en la animación anterior, también podemos expresar la ley de Avogadro así:

Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n2, entonces el volumen cambiará a V2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Avogadro

¿Por qué ocurre esto?

Ley de DaltonJohn Dalton determinó que cuando se ponen en un mismo recipiente dos omás gases diferentes que no reaccionan entre sí: la presión ejercida por lamezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de todos ellos.En otras palabras, cada gas ejerce una presión independiente de las otrascomo si fuera el único gas dentro del recipiente.En general, la ley de Dalton se puede expresar así:Los subíndices (1, 2, 3) indican los distintos gases que ocupan el mismorecipiente .La presión ejercida por un gas es proporcional al número de moléculaspresentes del gas e independiente de la naturaleza.Para hallar la presión parcial de cada gas en una mezcla se multiplica lapresión total por la fracción molar respectiva así:

Ecuación universal de los gases ideales

No cumplen con la teoría cinética molecular. Ejemplos: O2, N2, Cl2, etc. Se desvían al menos ligeramente de la ley de los gases

ideales. Las moléculas de un gas real, sí tienen un volumen

finito y sí se atraen.

GASES REALES

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD

Un “Z” menor que la unidad indica que el gas real es más compresible que el gas ideal.

ECUACIÓN DE VAN DER WAALS

Ecuación que se ha desarrollado para predecir el comportamiento de los gases reales.

2

2

V

anPP realideal

nbVV idealreal

A Presiones altas: El Volumen gas no es despreciable frente al del recipiente Fuerzas de atracción apreciables

Tomando en cuenta las correcciones de P y V, se puede escribir la ecuación:

como: nRTnbVV

anP

2

2

Las constantes de Van der Waals “a” y “b” son diferentes para cada gas.

a: refleja la fuerza con que las moléculas del gas se atraen. b: es una medida del volumen real ocupado por un mol de

moléculas del gas.

2

2.

mol

atmLa

mol

Lb

ECUACIÓN VIRIALSe han propuesto muchas otras ecuaciones de estado para los gases, pero las ecuaciones viriales son las únicas que tienen una base firme en teoría.

Donde B, C, etc son constantes que dependen no sólo de la identidad del gas, sino también de la temperatura.

OTRAS ECUACIONES DE ESTADO

.....1

3

3

2

2

V

Dn

V

Cn

V

BnnRTPV

)(21

bVVT

a

bV

RTP

VRTa

ebV

RTP

22

2

V

a

V

bVRTP

ECUACIÓN DE REDLICH-KWONG

ECUACIÓN DE DIETERICI

ECUACIÓN DE LORENTZ

Es de suma importancia las propiedades de los gases debido a que estos son también productos en las reacciones químicas. Por esta razón es común tener que calcular los volúmenes de gases consumidos o producidos en reacciones.

CONCLUSION