PROPIEDADES DE LOS GASES Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando se aplica una presión. Química, R. Chang, 6ta edición, pp. 156-190 PROPIEDADES DE LOS GASES Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. La energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada. VARIABLES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES PRESIÓN Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente que los contiene. P=F/A F fuerza A área La Presión Atmosférica Experimento de Torricelli Llevado a cabo por V. Viviani y E. Torricelli en 1644 Teniendo en cuenta que g = 9.8 m/s2, que la densidad del mercurio vale 13.6 g/cm3, h = 760 mm se llega a que 1 atmósfera=1.013 x105 Pa. Unidades de presión pa Hg ghHg 1 atmósfera= 13.6 x103 (kg/m3)x 9.8 (m/s2)x 760 x10-3 (m) =1.01325 x105 Pa Hg (15º C ) 1atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1013.25 mb =101325 Pa Unidades de presión En el Sistema Internacional Pascal (Pa) En el Sistema Cegesimal baria baria N Pa 2 m dina 0.1Pa 2 cm En meteorología se usa frecuentemente el milibar (mb) 1 mb=1000 barias = 100 Pa = 1 HPa 1 mb= 1 HPa 1 bar = 1000 mb =106 barias =105 Pa TEMPERATURA La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa. La temperatura de los gases se expresa en grados Kelvin. K = °C + 273 CANTIDAD DE GAS La cantidad de un gas se expresa mediante el número de moles de sustancia, que se calcula como el cociente entre la masa de gas y su peso molecular. VOLUMEN Es el espacio ocupado por un cuerpo 1 m3 = 1000 litros 1 litro = 1000 centímetros cúbicos (c.c.) 1c.c = 1 mililitro LEY DE BOYLE-MARIOTTE LEY DE BOYLE-MARIOTTE A temperatura constante, el volumen de cualquier gas, es inversamente proporcional a la presión a que se somete. V=k P LEY DE BOYLE-MARIOTTE P1 V1 = P2 V2 LEY DE CHARLES y GAY- LUSSAC LEY DE CHARLES y GAY-LUSSAC El volumen (presión) de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta Presión = k Temperatura P1 = P2 T1 T2 V1 = V2 T1 T2 LEY DE CHARLES y GAY-LUSSAC A presión constante, el volumen de una masa determinada de cualquier gas aumenta en la misma cantidad relativa (fracción) por cada grado de aumento de la temperatura. Vt = Vo + (αv Vo) t Vt = volumen de gas a la temperatura t (oC) Vo = volumen de gas a 0 oC αv = coeficiente de dilatación = 1/273 por oC LEY DE CHARLES y GAY-LUSSAC Vt = Vo + (1/273 Vo) t Vt = Vo (1 + t/273 ) Si V1 y V2 son los volúmenes de una misma masa de gas a dos temperaturas diferentes, V1 = Vo (1 + t1 / 273 ) V2 = Vo (1 + t2 / 273 ) Dividiendo ambas ecuaciones, V1 = t1 + 273 V2 = t2 + 273 LEY DE CHARLES y GAY-LUSSAC Considerando la escala de Temperaturas absolutas, V1 = T1 V2 = T2 V1 = V2 T1 = T2 LEY DE CHARLES y GAY-LUSSAC ECUACIÓN COMBINADA DE LAS LEYES DE LOS GASES P1 V1 T1 (1) P2 T1 = cte proceso isotérmico V1* T1 (1*) 1 mol de gas P2 = cte proceso isobárico P2 V2 T2 (2) ECUACIÓN COMBINADA DE LAS LEYES DE LOS GASES P1 V1 T1 (1) P2 T1 = cte V1* proceso isotérmico T1 (1*) P1V1 = P2 V1* ECUACIÓN COMBINADA DE LAS LEYES DE LOS GASES V1* = V2 T1 T2 P2 V1* T1 (1*) P2 = cte proceso isobárico P2 V2 T2 (2) ECUACIÓN COMBINADA DE LAS LEYES DE LOS GASES Despejamos V1* de P1V1 = P2 V1* V1* = P1 V1 P2 Despejamos V1* de V1* = V 2 T1 T2 V1* = T1 V2 T2 P1 V1 = P2 V2 T1 T2 ECUACIÓN COMBINADA DE LAS LEYES DE LOS GASES P1 V1 = P2 V2 = ..... P V = R T1 T2 T En condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) la constante k se transforma en: R = (1 atm) (22,4 lt)/273 ºK) (1mol) R = 0,08205 atm.lt / ºK.mol R se define como la constante de los gases ideales. PRINCIPIO DE AVOGADRO Volúmenes iguales de cualquier gas en las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen el mismo número de moles Volumen = k número de moles La expresión matemática establece que a temperatura y presión constante, el volumen es directamente proporcional al número de moles del gas. ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES Considerando el Principio de Avogadro, Charles y Gay-Lussac y Boyle-Mariotte V=kn V=kT V = k (1/P) V = k n T (1/P) ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES PV=nRT P, presión del gas V, volumen de gas n, número de moles de gas R, constante de los gases T, temperatura del gas (K) Los Gases se Comportan Idealmente a Presiones de ~ 1 atm y Temperaturas Superiores a sus Puntos de Condensación 1 mol N2(g) LEY DE GRAHAM La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad va/vb = b/a va/vb = Mb/Ma va,vb = velocidades de los gases a y b b, a = densidades de los gases a y b Mb, Ma = masas molares de los gases a y b LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo. Para una mezcla de dos gases ideales A y B que ocupan un volumen V a una temperatura T, PA = nA RT V PB = nB RT V LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES Pt = PA + PB = (nA + nB ) RT V Pt = nt RT V En general, Pt = Pi = RT ni = nt RT V V LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES La presión parcial de cualquier componente de una mezcla gaseosa es la presión total de la mezcla multiplicada por la fracción molar del componente. PA = nA RT V Pt = RT ni = nt RT V V LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES Dividiendo ambas ecuaciones, PA = nA = nA = XA Pt ni nt PA = Pt XA PA presión parcial del gas A Pt presión total de la mezcla gaseosa XA fracción molar del gas A en la mezcla