Instituto Universitario de Tecnología
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
Ampliación Guarenas
Carrera: Mecánica II
QUÍMICA GENERAL
PROF. RANIELINA RONDÓN
Jhosserson
Chavez C.I: 26.250.409
lunes, 20 de junio de 2016
Historia
En 1648, el
químico Jan Baptist van Helmont, considerado el padre de la química neumática, creó el
vocablo gas (durante un tiempo se usó también "estado aeriforme"), a
partir del término griego kaos (desorden)
para definir las características del anhídrido carbónico.
Las
primeras leyes de los gases fueron
desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a
darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la
temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida
para todos los gases.
Éstos se comportan de forma similar en una
amplia variedad de condiciones, debido a la buena aproximación que tienen las
moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado
para un gas ideal se deriva de la teoría cinética.
Ahora las
leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la
ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
Gas
¿QUÉ ES UN GAS?
Se denomina bajo de ciertas
condiciones de temperatura y presión. Las moléculas de un gas se encuentran
prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio
en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las
moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven
las moléculas.
TEMPERATURA
La temperatura (T) ejerce gran
influencia sobre el estado de las moléculas de un gas aumentando o disminuyendo
la velocidad de las mismas. Para trabajar con nuestras fórmulas siempre expresaremos
la temperatura en grados Kelvin.
VOLUMEN
Es todo el espacio ocupado por algún tipo de
materia. En el caso de los gases, estos ocupan todo el volumen disponible del
recipiente que los contiene.
Leyes de los gases:
Existen diversas leyes derivadas de modelos
simplificados de la realidad que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas.
Ley de Boyle-Mariotte
La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de
Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases que
relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que a una temperatura
constante y para una masa dada de un gas el volumen del gas varía de manera
inversamente proporcional a la presión absoluta del recipiente.
Ley de Charles
La ley de Charles es una de las leyes de los gases. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.
En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas
a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta
y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que
la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética debido
al movimiento de las moléculas del gas.
Ley de Gay-Lussac
La presión de una cierta cantidad de gas, que
se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura.
Es por esto que para poder envasar gas, como
gas licuado, primero ha de enfriarse el volumen de gas deseado, hasta una
temperatura característica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presión
requerida para licuarlo sin que se sobrecaliente y eventualmente, explote.
Ley general de los gases
La ley combinada de los
gases o ley general de los gases es una ley de los gases que
combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a
cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo
demás se mantiene constante.
La ley
de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales entre sí,
siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley de Boyle afirma que
la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a
temperatura constante.
Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una
proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se
encuentre a un volumen constante
De la ley general de los gases se
obtiene la ley de los gases ideales.
El valor de R depende de las unidades que se
estén utilizando:
· R = 0,082 atm·l·K−1·mol−1 si
se trabaja con atmósferas y litros
· R = 8,31451 J·K−1·mol−1 si
se trabaja en Sistema Internacional de
Unidades
· R = 1,987 cal·K−1·mol−1
· R = 8,31451 10−10 erg
·K−1·mol−1
· R = 8,317x10−3 (m³) (Kpa)
/ (mol) (K) si se trabaja con metros cúbicos y kilo pascales
De esta ley se deduce que un mol (6,022 x 10^23 átomos o
moléculas) de gas ideal ocupa siempre un volumen igual a 22,4 litros a
0 °C y 1atmósfera. Véase
también Volumen molar. También se le llama la
ecuación de estado de los gases, ya que solo depende del estado actual en
que se encuentre el gas.
El choque simultáneo de millones de moléculas de un gas con las paredes
del recipiente que lo contiene, genera una fuerza apreciable por unidad de
área, que se traduce como una PRESIÓN que el gas ejerce sobre dicha
superficie.
Comportamiento de los gases
Para el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material (o mejor aún cantidad de sustancia, medida en moles).
Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal.
Sus moléculas, en continuo movimiento, colisionan elásticamente entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene al gas, contra las que ejercen una presión permanente.
Si el gas se calienta, esta energía calorífica se invierte en energía cinética de las moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad, por lo que el número de choques contra las paredes del recipiente aumenta en número y energía. Como consecuencia la presión del gas aumenta, y si las paredes del recipiente no son rígidas, el volumen del gas aumenta
Si el gas se calienta, esta energía calorífica se invierte en energía cinética de las moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad, por lo que el número de choques contra las paredes del recipiente aumenta en número y energía. Como consecuencia la presión del gas aumenta, y si las paredes del recipiente no son rígidas, el volumen del gas aumenta
Para entender mejor el comportamiento de un gas, siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal, aunque éste en realidad nunca existe y las propiedades de éste son:
· Una sustancia gaseosa pura está constituida por moléculas de igual tamaño y masa. Una mezcla de sustancias gaseosas está formada por moléculas diferentes en tamaño y masa.
· Debido a la gran distancia entre unas moléculas y otras y a que se mueven a gran velocidad, las fuerzas de atracción entre las moléculas se consideran despreciables.
· El tamaño de las moléculas del gas es muy pequeño, por lo que el volumen que ocupan las moléculas es despreciable en comparación con el volumen total del recipiente. La densidad de un gas es muy baja.
· Las moléculas de un gas se encuentran en constante movimiento a gran velocidad, por lo que chocan elásticamente de forma continua entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene.
Cambios de densidad
El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10−6 bar−1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10−5 K−1.
Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura
Un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.
Presión de un gas
En el marco de la teoría cinética, la presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas.
En efecto, para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V, las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área, que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.
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