06-Gases

(1)

6-1

Capítulo 6

El Estado Gaseoso

(2)

Contenidos



Relaciones entre presión, volumen y

temperatura



Principio de Avogadro



Ecuación de Estado de los Gases Ideales



Masas Moleculares y Densidades en Gases

Ideales



Dalton y las Presiones Parciales

(3)

6-3

LAS LEYES DE LOS GASES

•

Cuatro variables interdependientes:

Presión (P)

Temperatura (T)

Volumen (V)

Cantidad (n)

Boyle

A

vo

g

a

d

ro

Char

(4)

Presión

atmosférica

h = 760 mm Hg Vacío

Presión de la columna de mercurio

Mercurio

MEDIDA DE PRESIÓN.

EXPERIENCIA DE

TORRICELLI

MEDIDA DE PRESIÓN.

EXPERIENCIA DE

(5)

6-5

h

Pgas

B A

Matraz evacuado

Extremo cerrado

Vacío

Niveles iguales

(6)

MANOMETRÍA. PRESIÓN RELATIVA

Patm

h

Pgas B

Pgas < Patm Pgas = Patm - h Extremo

abierto

Patm

Pgas A

Pgas = Patm Pgas > Patm Pgas = Patm + h

Patm

h

(7)

6-7

RELACIÓN PRESIÓN - VOLUMEN.

LEY DE BOYLE

RELACIÓN PRESIÓN - VOLUMEN.

LEY DE BOYLE

Hg P at m V = 3 3 m

l h

= 1 52 0 m m P at m Gas encerrado V = 1 00 m l Gas encerrado V = 5 0 m

l h

=

7

60

m

P_tot=1520 torr P_tot=760 torr

(8)

RELACIÓN PRESIÓN - VOLUMEN.

LEY DE BOYLE

RELACIÓN PRESIÓN - VOLUMEN.

LEY DE BOYLE

0 20 15 10 5 V o lu m en ( m L )

0.0005 0.0010 0.0015 20 15 10 5 0 V o lu m en ( m L )

1000 2000 3000

(9)

6-9

LEY DE BOYLE

V



(a T y n

constantes)

P · V = constante

P

₁₁

· V

₁₁

= P

₂₂

· V

₂₂

p

1

(10)

RELACIÓN TEMPERATURA - VOLUMEN.

LEY DE CHARLES

RELACIÓN TEMPERATURA - VOLUMEN.

LEY DE CHARLES

B. Baño de agua hirviendo 100°C (373 K)

Patm

Calentador

A. Baño de agua y hielo 0°C (273 K)

Patm

Aire atrapado

Termómetro

Mercurio Tubo de

(11)

6-11

3,0

2,0

1,0

V

o

lu

m

en

(

L

)

Temperatura n = 0,04 mol

n = 0,02 mol

0 73 173 273 373 473 573 673 773 (K)

-273 -200 -100 0 100 200 300 400 500 (ºC)

RELACIÓN TEMPERATURA - VOLUMEN.

LEY DE CHARLES

(12)

LEY DE CHARLES

¡¡¡ A presión constante, el volumen de una cantidad dada de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta !!!

V



T (a P y n

constantes)

= constante

T

V

2 T

2 V

1 T

1 V

(13)

6-13

RELACIÓN CANTIDAD

DE GAS - VOLUMEN.

LEY DE AVOGADRO

RELACIÓN CANTIDAD

DE GAS - VOLUMEN.

LEY DE AVOGADRO

V  n (a P y T constantes)

constante n

V



2 n

2 V

1 n

1 V



Cilindro A

Patm

Cilindro B

(14)

He N₂ CO

VOLUMEN EN CONDICIONES ESTÁNDAR

n = 1 mol n = 1 mol n = 1 mol P = 1 atm (760 torr) P = 1 atm (760 torr) P = 1 atm (760 torr)

T = 0° C (273 K) T = 0° C (273 K) T = 0° C (273 K) V = 22,4 L V = 22,4 L V = 22,4 L

(15)

6-15

LEY DE LOS GASES

IDEALES

P · V = n · R ·

T

)

K

mol

L

atm

(

082 ,

0 R

(16)

DENSIDAD Y MASA MOLAR DE UN GAS

PM

T

R

masa

V

P







V

masa

d



T

R

)

PM

(

P

d





T

R

)

PM

(

P

d





P

T

R

d

)

PM

(





P

T

R

d

)

PM

(





ó

PM

masa

n



T

R

n

V

(17)

6-17

MASA

MOLECULAR

DE UN GAS

MASA

MOLECULAR

DE UN GAS

Pgas

V conocido T conocida > pto. ebullición

del líquido

Calentador Patm

(18)

LEY DE DALTON DE PRESIONES PARCIALES

PH₂ = Ptotal = 1,0 atm

PN₂ = Ptotal = 1,0 atm

H₂ _N

2

1,0 atm

Cerrado

V = 500 mL _{V = 500 mL}

PH₂ = 1,0 atm PN₂= 1,0 atm Ptotal = 2,0 atm 2,0 atm

Mezcla de H₂ y N₂

Abierto Se baja

el pistón

(19)

6-19

LEY DE DALTON DE PRESIONES PARCIALES

¡¡¡ En una mezcla de gases, la presión total es la suma de las presiones parciales de los gases individuales !!!

V T R H n V T R N n H P N P total

P 2 2

(20)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. INTERROGANTES

1.

1. La presión es una medida de la

La presión es una medida de la

FUERZA

que un gas ejerce sobre una superficie.

¿QUÉ HACEN LAS MOLÉCULAS PARA

CREAR ESTA FUERZA?

(21)

6-21

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. INTERROGANTES

2.

2. Un cambio de

Un cambio de

PRESIÓN

produce un cambio

de

VOLUMEN

.

¿QUÉ HACEN LAS MOLÉCULAS? ¿SE

ACHICAN? ¿POR QUÉ NO SÓLIDOS Y

LÍQUIDOS?

(22)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. INTERROGANTES

3.

3. La presión de una mezcla es la

La presión de una mezcla es la

SUMA

de las

PRESIONES INDIVIDUALES

.

¿POR QUÉ UN GAS CONTRIBUYE A LA

PRESIÓN TOTAL EN PROPORCIÓN A SU

FRACCIÓN DE MOLES

(23)

6-23

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. INTERROGANTES

4.

4. Un cambio de

Un cambio de

TEMPERATURA

produce un

cambio de

VOLUMEN

.

¿QUÉ EFECTOS PRODUCE LA TEMPERATURA

EN LAS PARTÍCULAS? ¿QUÉ FENÓMENO

MOLECULAR MIDE LA TEMPERATURA?

(24)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. INTERROGANTES

5.

5. El volumen de un gas depende del número

El volumen de un gas depende del número

de moles, y no de la

NATURALEZA

del gas.

¿ACASO MOLÉCULAS MÁS GRANDES NO

DEBIERAN OCUPAR MÁS VOLUMEN?

(25)

6-25

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. POSTULADOS

las partículas se mueven

CONSTANTEMENTE

CONSTANTEMENTE, en , en LÍNEA RECTALÍNEA RECTA, , hasta que

hasta que chocanchocan. Los choques son . Los choques son

ELÁSTICOS ELÁSTICOS..

2.

2. Movimiento : Movimiento : de partículas

de partículas

1.

1. Tamaño de: Tamaño de: partículas

partículas

éste es

éste es DESPRECIABLEDESPRECIABLE, comparado , comparado con el

(26)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. POSTULADOS

la

la TEMPERATURATEMPERATURA de las partículas de las partículas determinan su

determinan su VELOCIDADVELOCIDAD, que a , que a su vez fija la

su vez fija la ENERGÍA CINÉTICAENERGÍA CINÉTICA de de la partícula.

la partícula.

(A CIERTA TEMPERATURA, TODOS

LOS GASES TIENEN IGUAL

ENERGÍA CINÉTICA PROMEDIO).

3.

3. Velocidad, Velocidad, temperatura:

temperatura:

(27)

6-27

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. EXPLICACIONES

1.

1. Origen de Origen de la presión:

la presión:

Los

Los CHOQUESCHOQUES producen la presión. producen la presión. (Postulado 2). Si aumenta el número

(Postulado 2). Si aumenta el número

de choques, aumenta la presión.

(28)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. EXPLICACIONES

Las partículas de gas dejan un

gran

gran ESPACIO VACÍOESPACIO VACÍO. (Postulado . (Postulado 1). Un aumento de presión

1). Un aumento de presión

disminuye la distancia entre

partículas. Los sólidos y líquidos

tienen poco espacio vacío, luego

no se comprimen.

2.

2. Ley de Boyle: Ley de Boyle: (V

(29)

6-29

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. EXPLICACIONES

Si cierto número de partículas A,

ejerce una presión P

ejerce una presión P_A_A, y se , y se introduce la mitad de partículas B,

introduce la mitad de partículas B,

se

se AUMENTA EL NÚMERO DE AUMENTA EL NÚMERO DE CHOQUES

CHOQUES en 50 %. (Postulado 2). en 50 %. (Postulado 2). 3.

3. Ley de Dalton: Ley de Dalton: (Pt= P1+P2+

(Pt= P1+P2+

…)

(30)

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. EXPLICACIONES

Al aumentar la temperatura, la

ENERGÍA CINÉTICA PROMEDIO

ENERGÍA CINÉTICA PROMEDIO de de las partículas aumenta. (Postulado

las partículas aumenta. (Postulado

3). Las partículas chocan con

mayor energía y frecuencia. La

presión interna aumenta.

(Postulado 2). El volumen debe

aumentar.

4.

4. Ley de Charles: Ley de Charles: (V

(31)

6-31

TEORÍA CINÉTICO - MOLECULAR DE LOS

GASES. EXPLICACIONES

La

La ADICIÓN DE MÁS MOLÉCULASADICIÓN DE MÁS MOLÉCULAS

al mismo recipiente

al mismo recipiente CAUSA MÁS CAUSA MÁS CHOQUES

CHOQUES. Para que la presión no . Para que la presión no aumente, el volumen debe

aumente, el volumen debe

aumentar.

5.

5. Ley de Avogadro: Ley de Avogadro: (V