INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL VOCACIONAL 6 QUINTO SEMESTRE/FEBRERO/CICLO ESCOLAR 2020 LEYES DE LOS GASES 1 mucho mayor que la de un gas y un sólido tiene una densidad ligeramente mayor que la del líquido correspondiente. Estas descripciones de sólidos, líquidos y gases están basadas en observaciones efectuadas con nuestros sentidos sin ayudas auxiliares. Son descripciones macroscópicas de los diferentes estados de la materia, es decir, descripciones basadas en propiedades tales como fluidez, forma, densidad y dureza que pueden contrastarse sin utilizar más que los propios sentidos. Propiedades de los estados de agregación Un gas se diferencia de los otros estados de la materia por dos propiedades características: (1) es un fluido que carece de forma definida y (2) no posee un volumen propio, sino que fluye y se expande hasta ocupar totalmente cualquier recipiente en el que se le introduzca. Si se reduce el volumen del recipiente, el gas se comprime fácilmente y se adapta al menor volumen. Un líquido también es un fluido, pero una cantidad dada de líquido posee su propio volumen definido. Un líquido fluye y se adapta a la forma de un recipiente, pero no se expande hasta rellenar completamente un recipiente de mayor volumen. En contraste, un sólido no es un fluido. Cualquier porción de un sólido tiene un tamaño definido y su forma no depende del recipiente que lo contenga, Además, la única manera de cambiar su forma supone la aplicación de fuerzas considerables sobre el sólido. A diferencia de los gases, los líquidos y los sólidos son muy poco compresibles. Para comprimir un líquido o un sólido es necesario aplicar fuerzas mucho más intensas que las necesarias para comprimir un gas. Normalmente, un líquido tiene una densidad Cambios de estado físico de agregación Sólidos, líquidos y gases Una de las propiedades más evidentes de las sustancias es la de que pueden existir como sólidos, líquidos o gases. Se dice habitualmente que éstos son los tres estados de la materia. Muchas sustancias, bajo las condiciones apropiadas, pueden existir en los tres estados. Cuando se enfría un gas a determinada temperatura éste condensa para formar un líquido y, finalmente, se congela para dar un sólido pero en todos estos cambios, continúa siendo la misma sustancia. El agua existe en los 2 tres estados en la superficie de la Tierra: vapor de agua en la atmósfera, agua líquida en ríos, lagos y océanos, y agua sólida (hielo) en la nieve, glaciares, etc... La temperatura es una medida de la energía cinética media de las partículas de un cuerpo. Todo esto nos permite comprender porque la presión interna de un gas, aumenta con la temperatura, ya que estos se comprimen y se expanden, además de que lo gases tienden a difundirse, esto es que las partículas de un gas se acomodan en los espacios vacíos de otros gases. Con base en la difusión en un gas ideal el volumen individual de los gases que lo forman es despreciable en comparación con el volumen total y la interacción molecular es despreciable bajo cualquier condición. En un gas real, ambos factores (volumen e interacción) son significativos y su magnitud depende de la naturaleza de cada gas. Existen cuatro variables (Temperatura, Presión, Volumen y Masa) que permiten comprender el comportamiento de los gases, de ahí la importancia que conocer y comprender cada una de estas variables. La teoría cinético-molecular Uno de los objetivos fundamentales de la Química es explicar las propiedades de la materia por medio de un modelo o teoría. El modelo nos da una descripción microscópica en contraste con la descripción macroscópica que se obtiene por medio de los sentidos. De acuerdo con la teoría cinético-molecular o corpuscular toda la materia está formada por partículas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso? Si las partículas son iguales la única explicación en que en cada estado las partículas se disponen de manera diferente: Temperatura: Según la teoría cinética, la temperatura es una medida de la energía cinética media de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. Dado que la energía cinética depende de la velocidad, podemos decir que la temperatura está relacionada con las velocidades medias de las moléculas del gas. Hay varias escalas para medir la temperatura; las más conocidas y utilizadas son las escalas Celsius (°C), Kelvin (K) y Fahrenheit (°F). De acuerdo con la figura siguiente entre el punto de fusión del agua y el punto de ebullición del agua existen 100 unidades en las escalas Celsius y Kelvin, y 180 unidades en la escala Fahrenheit, lo podemos expresar de la siguiente manera 1°C= 1 K= 1.8°F En el sistema internacional la unidad de temperatura es la escala absoluta Kelvin (K) sin el símbolo de grados porque es absoluto no relativa. Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas, y las fuerzas de atracción entre ellas son muy intensas. Su único movimiento es el de vibración. Las partículas de los líquidos vibran y forman conglomerados que se desplazan unos respecto a otros. Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí, y se mueven a grandes velocidades, prácticamente libres de fuerzas de atracción. 3 función de la densidad, y así por ejemplo, si se empleara agua, ya que su densidad es 1 y la del mercurio 13.6, la altura para de la columna de agua para una atmosfera seria: (𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎) (ℎ 𝑎𝑔𝑢𝑎) = (𝜌𝐻𝑔) (ℎ 𝐻𝑔) Despejando la altura del agua se tendría: h agua= (ρ Hg) (h Hg) /ρ agua= 13.6x76/1=1033 cm Equivalencias de unidades de presión 1 atm=760 mmHg=760 torr= 29.9 pulgHg 1 atm=14.7 lb/pulg2=Psia=1.033 kg/cm2 1 atm= 101325 Pa= 101.325 Kpa Factores de conversión de temperatura. K= °C +273 °F= (1.8) (C) + 32 y °C= (°F-32) /1.8 Presión: Llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica: P = F/S Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2. Volumen El volumen de un objeto es el espacio físico que ocupa una sustancia. En el caso de los gases es igual al recipiente que lo contenga. Unidades de volumen y sus conversiones 1m3= 1000 L 1L=1000 ml=1000 cm3 1ml=1cm3 1gal= 3.785 L Otra unidad muy utilizada para medir la presión, aunque no pertenece al Sistema Internacional, es el milímetro de mercurio (mm Hg) que representa una presión equivalente al peso de una columna de mercurio de 1 mm de altura. Esta unidad está relacionada con la experiencia de Torricelli que encontró, utilizando un barómetro de mercurio, que al nivel del mar la presión atmosférica era equivalente a la ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura. Si la medición se realizara con otro líquido, la altura del mismo sería diferente y estaría en Masa La masa de un cuerpo se defina como la cantidad de materia, sus unidades y factores de conversión más comunes son: 1 Kg= 2.2 lb 1 lb= 454 g 1 Kg = 1000 g 4 Numero de Avogadro Mol Representa el número de entidades químicas (átomos, moléculas o iones) medido de forma experimental y que equivale a 6.023x1023, se abrevia como NA y se considera que corresponde a un mol (1 mol= 6.023x1023). El mol es la unidad de cantidad de sustancia básica del SI considerando que contiene el mismo número de partículas que hay en 12 g de carbono, de ahí que la masa atómica en gramos corresponde a un mol de dicho elemento. Volumen Gramo Molecular Es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 273 K) que se abrevia como CNPT y tiene un valor de 22.4 L. 5
