4 periodo - Ley de Gases

4 periodo - Ley de Gases

Ley de Gases

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. Estos 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 los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables constantes.

Estados de Agregación

Los estados de agregación, sólido, líquido y gaseoso, dependen fundamentalmente de las condiciones de presión y temperatura a las que esté sometida la materia.

Sólido

En el estado sólido los átomos o moléculas ocupan posiciones fijas aunque se encuentran vibrando en esas posiciones con una capacidad de movimiento limitada.

Liquido

En el estado líquido la fuerza de cohesión que mantiene unidas a las moléculas es mucho menor. En un líquido las moléculas tienen una cierta capacidad de movimiento que, en gran medida, está limitada por las otras moléculas que tienen alrededor.

Gaseoso

En un gas las moléculas se encuentran muy lejanas unas de otras y se mueven en todas direcciones con libertad absoluta.

Temperatura

La teoría cinética de los gases considera que los gases están compuestos por las moléculas, partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo una fracción pequeña del volumen ocupado por todo el gas. por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.

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 (ºC), Kelvin(K) y Fahrenheit (ºF). En este trabajo sólo utilizaremos las dos primeras.

¿Como se calibra un termómetro?

Mientras se está produciendo un cambio de estado la temperatura permanece constante y por ello consideramos los cambios de estado del agua (a 1 atm) como puntos de referencia.

Punto de fusión del agua:

La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase sólida y la temperatura permanece constante. Los valores otorgados a este punto en cada escala son:          Celsius: 0          Kelvin: 273.15          Fahrenheit: 32

Punto de ebullición del agua:

La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase gaseosa y la temperatura permanece constante.

Los valores otorgados a este punto en cada escala son:

       Celsius: 100
       Kelvin: 373.15
       Fahrenheit: 212

En el intervalo de temperatura comprendido entre los puntos de fusión y ebullición, el agua permanece líquida. Este intervalo se divide en 100 partes en las escalas Celsius y Kelvin, mientras que en la escala Fahrenheit se divide en 180 partes.

Presión = 1 atm	P.F.   del agua	P.E.   del agua	Divisiones
Escala Celsius	0	100	100
Escala Kelvin	273.15	373.15	100
Escala Fahrenheit	32	212	180

Relación entre las escalas

T(K) = T(°C) + 273.15

T(°F) = T(°C)·1.8 + 32

Presión 

En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

P=FS

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)

1Pa=1Nm2

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. 

En este caso la fuerza se correspondería con el peso (m⋅g$m\cdot g$) de la columna de mercurio por lo que

P=m⋅gS

Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad por el volumen m=d⋅V, si sustituimos será:

P=d⋅V⋅gS$$P=\frac{d\cdot V\cdot g}{S}$$

y dado que el volumen es el producto de la superficie de la base por la altura (V=S⋅h$V=S\cdot h$), tenemos

P=d⋅S⋅h⋅gS

y simplificando tenemos:

P=d⋅g⋅h

que nos permite calcular la presión en función de la densidad, la intensidad del campo gravitatorio y la altura de la columna.

Sustituyendo los correspondientes valores en la ecuación anterior tenemos que:

P=d⋅g⋅h=13600kgm3⋅9,8Nkg⋅0,76m≊101300Nm2=101300Pa

Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo es mayor. En este trabajo usaremos la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg):

$$$$1atm=760mmHg$$$$

Volumen

El volumen es el espacio que ocupa un sistema. Recuerda que los gases ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. Decir que el volumen de un recipiente que contiene un gas ha cambiado es equivalente a decir que ha cambiado el volumen del gas.

En el laboratorio se utilizan frecuentemente jeringuillas como recipientes de volumen variable cuando se quiere experimentar con gases.

Hay muchas unidades para medir el volumen. En este trabajo usaremos el litro (L) y el mililitro (mL)

Su equivalencia es:

1L = 1000 mL

Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el cm3 son unidades equivalentes.

Cantidad de Gas

La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol.

Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro:

1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas

1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos

¡¡¡ 602.200.000.000.000.000.000.000 !!!

La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de dicha sustancia