1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 101 300 Pa

GASES 1.- Estado gaseoso

Los gases tienen forma y volumen variables. Distinguiremos gas y vapor

-Gas: toda sustancia que a temperatura ambiente y presión normal está en estado gaseoso

-Vapor: toda sustancia que es un sólido o un líquido a temperatura ambiente y presión normal y que para pasarlo a estado gaseoso hay que aumentar la temperatura o disminuir la presión

1.1.-Magnitudes que caracterizan a los gases Hay tres magnitudes que caracterizan a los gases: volumen, temperatura y presión a)Volumen

Es la extensión o espacio que ocupa el gas. Los gases tienen un volumen variable y, por tanto, su volumen siempre coincide con el volumen del recipiente en el que están contenidos

b)Temperatura

La temperatura de un objeto (en nuestro caso un gas) es una magnitud macroscópica relacionada con la velocidad de las partículas que constituyen el objeto. Las temperaturas altas se relacionan con una alta velocidad de las partículas del cuerpo. Por el contrario, las temperaturas bajas se relacionan con una baja velocidad de las partículas del cuerpo

c)Presión

La presión es una magnitud física que mide la fuerza que se ejerce por unidad de superficie. La presión P se calcula así:

F

P = — donde F es la fuerza ejercida sobre una superficie de valor S S

N En el S.I. se mide en pascales , Pa, donde 1 Pa = 1 — m

La presión de un gas se refiere a la presión que ejerce dicho gas sobre el recipiente que lo contiene. Dicha presión se considera igual a la que existe en el interior del gas. La presión que ejerce un gas sobre las paredes de un recipiente se debe a los choques de las partículas de gas con las paredes del recipiente Otras unidades que no son del S.I. son la atmósfera y los cm de Hg

Torricelli comprobó, a nivel del mar, que un tubo de 1 m de longitud lleno de mercurio sumergido en una cubeta llena de mercurio descendía hasta alcanzar una altura de 76 cm de Hg sobre el nivel de la cubeta.

A este valor de 76 cm Hg también se le denomina una atmósfera (atm) Las equivalencias entre las distintas unidades de presión son:

1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 101 300 Pa

2.- Modelo cinético del estado gaseoso

-Los gases están formados por partículas, que se mueven con total independencia unas de otras, y tienden a ocupar todo el volumen disponible

-La velocidad con la que se mueven cada partícula en un gas depende de la temperatura absoluta (que se mide en kelvin, K ). Recordar que: T(K) = t(ºC) +273,15K

-En su movimiento caótico, las partículas chocan entre sí y con las paredes del recipiente, y estos choques son lo que originan la presión del gas

-No hay fuerzas de cohesión entre las partículas ( es decir, no se consideran apreciables)

-A presiones altas, el gas no responde a la ecuación de los gases ideales, ya que aparecen las fuerzas de cohesión ( es decir, empiezan a ser importantes estas fuerzas de cohesión a presiones altas)

3.-Ecuación de estado de los gases ideales

La ecuación que cumplen los gases cuando no están sometidos a presiones muy altas es:

P•V= n•R•T

donde P es la presión del gas (medida en atmósferas), V es el volumen del gas (medido en L), n es el número de moles, T es la temperatura del gas (medida en kelvin), y R es una constante, denominada constante de los gases cuyo valor es 0,082 (atm∙L)/(K∙mol)

R= 0,082 atm∙L K∙mol

Al aplicar esta ecuación, hay que recordar que:

1atm= 760mmHg= 76mmHg 1L= 1 dm

n= m/M donde m es la masa de la sustancia y M es la masa molar

Otras formas de presentar la ecuación, teniendo en cuenta que n=m/M y que la densidad del gas, d, es m/V son:

P•V= (m/M)•R•T ó P= (m/V• M)•R•T  P= (d/ M)•R•T

En esta ecuación, n es el número de moles de partículas, independientemente de que las partículas sean iguales o distintas.

4.-Leyes de los gases a)Ley de Boyle-Mariotte

Para una misma cantidad de gas a temperatura constante, la presión y el volumen son magnitudes inversamente proporcionales.

P•V= n•R•T  Si la temperatura es constante  P•V= n•R•T = cte  P•V=cte  Si P↑, V↓; Si P↓,V↑

Si tenemos una misma cantidad de gas a temperatura constante que cambia de presión y volumen, y que en un instante inicial su presión y volumen son P y V, y en instante posterior son P´y V´, podemos escribir:

En un instante inicial, cumple: P•V = cte

LEY DE BOYLE FORMAS DE EXPRESAR LA LEY DE BOYLE

b)Ley de Charles

Para una misma cantidad de gas a presión constante, el volumen y la temperatura son magnitudes directamente proporcionales.

P•V= n•R•T  Si la presión es constante  P/ (n•R) =cte= T/V  T/V =cte  Si T↑, V↑; Si T↓,V↓

Si tenemos una misma cantidad de gas a presión constante que cambia de temperatura y volumen, y que en un instante inicial su temperatura y volumen son T y V, y en instante posterior son T´y V´, podemos escribir:

En un instante inicial, cumple: T/V = cte

En un instante posterior, cumplirá también: T´/V´= cte Dos expresiones iguales a una tercera son iguales entre sí, y podemos escribir:

T/V = T´/V´ Ley de Charles

Esta última expresión nos permite calcular los cambios que experimenta el volumen y la temperatura de una misma masa de gas a presión constante.

LEY DE CHARLES COMPARACIÓN DE LA LEY DE CHARLES DE

VARIOS GASES

c)Ley de Gay-Lussac

Para una misma cantidad de gas ocupando un volumen constante, la presión y la temperatura son magnitudes directamente proporcionales.

P•V= n•R•T  Si el volumen es constante  V/ (n•R) =cte= T/P  T/P =cte  Si T↑, P↑; Si T↓,P↓

Si tenemos una misma cantidad de gas a volumen constante que cambia de temperatura y presión, y que en un instante inicial su temperatura y presión son T y P, y en instante posterior son T´y P´, podemos escribir:

En un instante inicial, cumple: T/P = cte

En un instante posterior, cumplirá también: T´/P´= cte Dos expresiones iguales a una tercera son iguales entre sí, y podemos escribir:

T/P = T´/P´ Ley de Gay-Lussac

Esta última expresión nos permite calcular los cambios que experimenta la presión y la temperatura de una misma masa de gas a volumen constante.

LEY DE GAY-LUSSAC

5.- Condiciones normales

Un gas se encuentra en condiciones normales (C.N.) si su temperatura es 0ºC (o 273,15K) y su presión es 1 atm.

En condiciones normales, un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 L

6.- Ley combinada de los gases ideales

De esta última expresión se pueden deducir las leyes de los gases anteriormente estudiadas:

Ley de Boyle-Mariotte (T constante) P•V/T = P´•V´/T  P•V =P´•V´

Ley de Charles (P constante) P•V/T = P•V´/T´  V/T =V´/T´

Ley de Gay-Lussac(V constante) P•V/T = P´•V/T´  P/T = P´/T ´