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GASES

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

P2 = (7 L x 0.7 atm) / 4 L = 1.225 atm

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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
V2 = (2.5 L * 283 K) /298 K = 2.37 L

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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
T2 = (760 mmHg * 298 K) /970 mmHg = 233.5 K

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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.
Empleamos la ley Combinada

V1P1T2 = V2P2Tdespejamos 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

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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)]

V = 24.6 L. 

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