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| En estado gaseoso, las moléculas se encuentran separadas entre si y en continuo movimiento. |
El estado gaseoso se caracteriza porque en él las moléculas
se encuentran muy separadas entre sí y en continuo movimiento. Estas características
permiten que las moléculas de los gases y líquidos cambien frecuentemente su posición,
deslizándose de manera continua, esto hace que líquidos y gases se adapten a la
forma del recipiente que los contiene por lo cual a las sustancias que están en estos dos estados de la materia se les
denomina fluidos.
Es de gran importancia tener en
cuenta que el estado en que se encuentre la materia depende de las condiciones
de temperatura y presión.
IMPORTANTE: LOS
GASES NO TIENEN NI VOLUMEN DEFINIDO Y ADOPTAN EL DEL RECIPIENTE QUE LOS
CONTIENE.
Teoría
Cinética
Esta ofrece una descripción sobre
la composición de los gases y explica el comportamiento de estos, por lo tanto,
nos permite entender sus propiedades. Esta teoría consta de los siguientes
postulados.
1.
Los gases están formados por partículas diminutas
denominadas moléculas, las cuales se encuentran muy separadas una de otras y su
volumen real se considera despreciable.
2.
Las moléculas de un gas se encuentran en constante
movimiento, desplazándose con gran velocidad, al azar y en línea recta.
3.
Las moléculas de un gas chocan entre sí, estos
choques son elásticos (no se presenta ni perdida ni ganancia neta de energía).
4.
La fuerza de atracción entre las moléculas del gas
es despreciable.
5.
La energía cinética promedio de las moléculas de
un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.
Propiedades
o
Dilatación: Es el
aumento del volumen de un gas cuando se le suministra calor, es decir, al
aumentar su temperatura.
o
Difusión: Consiste
en la capacidad de las moléculas del gas de dispersarse espontáneamente de un
medio de mayor concentración a otro de menor concentración.
o
Elasticidad: Es la
capacidad de un gas de regresar a su estado inicial al dejar de ser sometido a
una presión.
o
Comprensibilidad: Es la disminución
del volumen de un gas a ocupar el mayor volumen disponible.
o
Expansibilidad: Es la
tendencia de las moléculas del gas a ocupar el mayor volumen disponible.
Leyes
1. Ley de Boyle-Mariotte: Esta
establece que a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente
proporcional a la presión. Al considerar un estado inicial 1 y un estado final
2. Podemos expresarla matemáticamente como: V1P1 = V2P2
EJ: Supóngase
que se tiene cierta cantidad de un gas a determinada temperatura, con una presión
de 0.7 atm y ocupando un volumen de 7 L;
si el volumen se modifica a temperatura constante hasta tener 4 L, ¿cuál
sería entonces la presión del gas?
Solución:
Este
ejercicio relaciona presión y volumen; por lo tanto empleamos la ley de Boyle V1P1 = V2P2
P1 = 0.7 atm. V1 = 7 L. V2 = 4 L. P2=?
Despejando P2 obtenemos que:
P2 = (V1P1) / V2
Remplazando
valores
2. Ley de Charles: Dice; a presión constante el volumen de un gas es
directamente proporcional a la temperatura absoluta. Su expresión matemáticamente
es: V1T2 = V2T1
Ej: Un gas tiene un volumen de 2.5 L
a 25 ºC. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 ºC?
Solución:
Datos;
V1= 2.5 L. T1= 25 ºC. V2 =?
T2 = 10 ºC
Empleamos la ley de Charles
V1T2
= V2T1 despejamos V2
V2
= (V1T2)
/ T1
Ojo antes de remplazar debemos
pasar los grados centígrados o Celsius. (ºC) A kelvin (K).
K = 273 + ºC
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273) K= 283 K
Remplazando
valores
3.
Ley deGay-Lussac (relación presión temperatura): A volumen constante, la presión de un gas es
directamente proporcional a la temperatura. Matemáticamente expresada como:
P1T2
= P2T1
Ej:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión
de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25ºC. ¿A qué temperatura deberá estar
para que su presión sea 760 mmHg?
Solución:
Datos;
P1= 970 mmHg. T1= 25 ºC. P2 =760
mmHg. T2 =?
Empleamos la ley de Gay-Lussac
P1T2
= P2T1 despejamos T2
T2
= (P2T1)
/ P1
Ojo antes de remplazar debemos pasar los
grados centígrados o Celsius. (ºC) A kelvin (K).
K = 273 + ºC
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Remplazando
valores
4. Ley Combinada de los gases: Esta ley considera las tres variables (presión, temperatura,
volumen) que se encuentran cambiando. Su expresión viene dada por:
V1P1T2
= V2P2T1
Ej: Cierta masa de un gas ocupa 20 litros a 59 ºC y 782 mm Hg ¿Cuál será el
volumen ocupado por dicha masa de gas a 56 ºC y 815 mm Hg?
Solución:
Datos;
V1= 20 L. T1= 59 ºC. P1 =782
mmHg. V2 =? T2= 56 ºC P2=
815 mmHg.
V1P1T2
= V2P2T1
despejamos V2
V2
= (V1P1T2)
/ P2T1
Ojo antes de remplazar debemos pasar los
grados centígrados o Celsius. (ºC) A kelvin (K).
K = 273 + ºC
T1 = (59+ 273) K= 332 K
T2
= (56 + 273) = 329 K
Remplazando
valores
V2 =
(20 L * 782 mmHg * 329 K) / (815 mmHg * 332 K) = 19 L
DQ recomienda: Dale clic para mirar el ejemplo
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5.
Ley de
Dalton: La presión total ejercida por una mezcla de gases que no
reaccionan entre sí, es igual a la suma de las presiones parciales de todos los
gases que hacen parte de la mezcla.
PT
= P1 + P2 + P3 + P4 +….
Esta también es llamada la ley de los gases ideales. Esta es una ecuación
que relaciona a todas las leyes que define el comportamiento de un gas (presión,
temperatura, volumen, número de moles). La expresión matemática de esta ecuación se obtiene mediante la combinación
de las leyes descritas anteriormente.
PV = nRT
Donde R es la Constante universal de los gases ideales y tiene
un valor de 0.082 atm*L /mol*K
P: Presión; n: numero de moles: T: temperatura.
De esta ecuación se puede obtener una variante, la cual nos
relaciona la densidad con las otras variables.
PM = DRT
Donde M es el peso molecular y D es la densidad.
Ej1:
¿Cuántas moles de un gas ideal hay en 1 litro a 1 atm de
presión y 27ºC?
Solución:
Datos: V= 1 L. P: 1 atm T= 27 ºC n=?
La temperatura debe ser expresada en kelvin
K = 273 + ºC
T= 273 + 27 = 300 K
Aplicando la ecuación de estado PV = nRT
Despejando número de moles
n = (PV) / (RT)
n = [(1 atm) * (1 L)] / [(0.082 atm . L / mol . K) *
(300 K)]
n= 0.041 mol
Ej2: Que
volumen ocupa 64 g de O2 a 2 atm de Presión y 300 K.
Solución: Datos:
P= 2 atm. T = 300 K n=? V=?
Primero que todo debemos conocer el número de moles (n):
n = (masa de muestra) / (masa
molecular)
n = (64 g de O2) / (32 g/mol de O2)
n = 2 mol
Aplicando la ecuación de estado PV = nRT
Despejando volumen
V = (nRT) / (P)
V = [(2 mol) * (0.082 atm .
L /mol . K)] * [(300 K) / (2 atm)
