P.V = n. R. T

Estados de la materia GAS LQUIDO SLIDO

Caractersticas de los gasesPartculas de un gas se mueven con total libertad y tienden a separarse, aumentando la distancia entre ellas hasta ocupar todo el espacio disponible.Adoptan la forma y ocupan el volumen del recipiente que los contiene.Partculas son independientes unas de otras y estn separadas por enormes distancias con relacin a su tamao.Gran compresibilidad.Cuando estn en el mismo recipiente se mezclan total y uniformemente.Sus densidades son < que la de los slidos y lquidos.Incoloros en su mayora, excepto: F2, Cl2 y NO2.Partculas en constante movimiento recto. Cambian de direccin cuando chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. Las colisiones son rpidas y elsticas.Los choques de las partculas del gas con las paredes del recipiente que lo contiene son los responsables de la presin que ejerce el gas sobre toda la superficie con la que entran en contacto.

Unidades de presinPresin= Fza aplicada/rea= 1N/m2=1 PaFza= masa x aceleracin (g)= 1Kg x m/seg2= 1 NAceleracin = velocidad/tiempo = m/seg2

Presin atmosfrica: fuerza que ejerce la atmsfera (molculas del aire) sobre la superficie de la tierra. Depende de localizacin, T y condiciones climticas. Se mide con barmetro.

Leyes de los gasesModelo molecular para la ley de AvogadroLey de Avogadro Ley de Boyle y MariotteLey de Charles y Gay-Lussac (1)Ley de Charles y Gay-Lussac (2)Teora cintica de los gasesModelo molecular para la ley de Boyle y MariotteModelo molecular para la ley de Charles y Gay-LussacEcuacin general de los gases ideales

El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presin que soporta (temperatura y cantidad de materia ctes).V 1/P (T ctes)V = k/PLey de Boyle y Mariotte : (V vs P a T= cte)

Formula Matemtica para la Ley de Boyle y Mariotte

Ley de Boyle y Mariotte Grficas

El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a presin y cantidad de materia constantes).V T (a n y P ctes)V = k.TLey de Charles y Gay Lussac (1)La T debe estar en K. El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Kelvin sobre la base del grado Celsius. Es una de las unidades del Sistema Internacional de Unidades.Su importancia radica en el 0 de la escala kelvin denominado 'cero absoluto' (273,15C) y corresponde al punto en el que las molculas y tomos de un sistema tienen la mnima energa trmica posible. Ningn sistema macroscpico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama "temperatura absoluta.donde k=nR/P

Ley de Charles y Gay Lussac (1)

Ley de Charles y Gay Lussac (1)El volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa es 22,4 l en condiciones normales de presin y temperatura

Ley de Charles y Gay Lussac (1) Grfica

La presin de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a volumen y cantidad de materia constantes).P a T (a n y V ctes)P = k.TLey de Charles y Gay Lussac (2) donde k=nR/V

Ley de Charles y Gay Lussac (2)

Leyes de los gasesLey de AvogadroEl volumen que ocupa un gas, cuando la presin y la temperatura se mantienen constantes, es proporcional al nmero de partculas.V n (a T y P ctes)V = k.ndonde k=RT/P

Ley de AvogadroVolmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo nmero de partculas (molculas o tomos) y la presin y temperatura se mantienen constantes. n1 = n2 (a T, P y V ctes)Un mol contiene : NA= 6,022.1023 partculas.

SIMULADORLEYES GASES(a) Al aumentar la presin a volumen constante, la temperatura aumenta (b) Al aumentar la presin a temperatura constante, el volumen disminuye (c) Al aumentar la temperatura a presin constante, el volumen aumenta (d) Al aumentar el nmero de moles a temperatura y presin constantes, el volumen aumentaSIMULADORLEYES GASES

Combinacin de las tres leyes:Charles: V ~ T si n y P= ctesAvogadro: V ~ n si P y T= ctes Ley de los gases ideales:PV = nRTn = 1 molP = 1 atmV = 22,4 ltT = 273 K R = 0.082 atm lt/ K molR = 8.31 J/K mol= 1.987 cal/KmolLeyes de los gasesEcuacin general de los gases idealesBoyle: V ~ 1/P si n y T= ctesR es la cte de proporcionalidad, constante de los gases y se calcula:Para dos condiciones diferentes del mismo gas:

Teora cintica de los gases. Modelo molecular:

Los gases estn constituidos por partculas (tomos o molculas) separadas por espacios vacos. Las partculas de un gas estn en constante movimiento en lnea recta, al azar en todas la direcciones.

El volumen total de las partculas de un gas es muy pequeo (y puede despreciarse) en relacin con el volumen del recipiente que contiene el gas.

Las partculas de un gas chocan entre s y con las paredes del recipiente que lo contiene. Estos choque son elsticos, es decir, las partculas no ganan ni pierden energa cintica en ellos. La presin del gas se produce por las colisiones de las partculas con las paredes del recipiente.

La energa cintica de las partculas aumenta con la temperatura del gas.

Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partculas se pueden considerar despreciables.Teora cintica de los gasesEntre 1850 y 1880 Clausius y Boltzmann desarrollaron esta teora, basada en la idea de que todos los gases se comportan de forma similar en cuanto al movimiento de partculas se refiere.BoltzmannClausius

Modelo Molecular para la Ley de AvogadroV = K n (a T y P ctes)La adicin de ms partculas provoca un aumento de los choques contra las paredes, lo que conduce a un aumento de presin, que desplaza el mbolo hasta que se iguala con la presin externa. El proceso global supone un aumento del volumen del gas.Teora cintica de los gases

Modelo Molecular para la Ley de Boyle y MariotteV = K 1/P (a n y T ctes)El aumento de presin exterior origina una disminucin del volumen, que supone el aumento de choques de las partculas con las paredes del recipiente, aumentando as la presin del gas.Teora cintica de los gases

Modelo Molecular para la Ley de Charles y Gay-LussacV = K T (a n y P ctes)Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de las partculas, y con ello el nmero de choques con las paredes. Eso provoca un aumento de la presin interior que desplaza el mbolo hasta que se iguala con la presin exterior, lo que supone un aumento del volumen del gas.Teora cintica de los gases

Un gas queda definido por cuatro variables:

Cantidad de sustancia: nVolumen: VPresin: P Temperatura: T

moleslt, m3, atm, mm Hg, Pa, bar KUnidades:

1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1,01325 bar = 101.325 PaK = C + 2731lt = 1dm3Medidas de los gases

FIN

Ejercicios de Aplicacin : Formacin de BIOGAS

****Robert Boyle (1627-1691)Nacido en 1627, el menor de los catorce hijos del conde de Cork, estudi en las mejores universidades de Europa. Descubri los indicadores, sustancias que permiten distinguir los cidos de las bases. En 1659, con la ayuda de Robert Hooke, descubri la ley que rige el comportamiento de los muelles, perfeccion la bomba de aire para hacer el vaco que se utiliz en la minera para eliminar el agua de las galeras en las que trabajan los mineros. Atac a la Alquimia y a los alquimistas, que anunciaban que podan convertir cualquier metal en oro. Defini la Qumica como una ciencia y enunci la primera definicin moderna de elemento qumico, como sustancia que no es posible descomponer en otras. En 1661 public el primer libro moderno de qumica El Qumico Escptico en el que explicaba la mayora de sus descubrimientos. Fue miembro de la Royal Society, institucin que perdura en la actualidad, y particip activamente en sus reuniones hasta su fallecimiento. En 1660, en una obra titulada Sobre la Elasticidad del Aire anunci su descubrimiento sobre la relacin entre el volumen de un gas y su presin.Parece que Boyle no especific en sus trabajos que sus experiencias de la relacin entre el volumen y presin los realiza a temperatura constante, quiz porque lo hizo as y lo dio por supuesto. Lo cierto es que, en defensa del rigor cientfico, hay que esperar a que en 1676 otro fsico, el francs Edme Mariotte (1620-1684), encuentre de nuevo los mismos resultados y aclare que la relacin PV=constante es slo vlida si se mantiene constante la temperatura. Por eso la ley de Boyle est referenciada en muchas ocasiones como Ley de Boyle y Mariotte.

Edme Mariotte (1620-1684)(Dijon, Francia, 1620-Pars, 1684) Fsico francs. Padre prior del monasterio de Saint-Martin-sous-Beaune, fue miembro fundador en 1666 de la Academia de las Ciencias de Pars. En su obra Discurso sobre la naturaleza del aire introdujo la posibilidad de pronosticar el tiempo atmosfrico basndose en las variaciones baromtricas. En 1676 formul la ley de Boyle de forma independiente y ms completa que ste, al establecer que la presin y el volumen de un gas son inversamente proporcionales si se mantiene constante su temperatura, principio que actualmente se conoce como ley de Boyle-Mariotte. En sus estudios acerca de la fisiologa de las plantas, observ que en stas la presin de la savia podra compararse a la de la sangre en los animales.**Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)Qumico y fsico francs, nacido el 6 de diciembre de 1778, en Saint-Lonard-de-Noblat, y fallecido el 9 de mayo de 1850, en Pars.Adems de ocupar cargos polticos de importancia, Gay-Lussac fue catedrtico de Fsica (a partir de 1808) en la Universidad de la Sorbona, as como catedrtico de Qumica (a partir de 1809) en el Instituto Politcnico de Pars.En 1802 public los resultados de sus experimentos que, ahora conocemos como Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece, que, a volumen constante, la presin de una masa fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.En el campo de la fsica llev a cabo, en 1804, dos ascensiones en globo, hasta altitudes de 7.000 metros, en las que estudi la composicin de las capas altas de la atmsfera y el magnetismo terrestre.Entre 1805 y 1808 dic a conocer la ley de los volmenes de combinacin, que afirma que los volmenes de los gases que intervienen en una reaccin qumica (tanto de reactivos como de productos) estn en la proporcin de nmeros enteros sencillos.En relacin con estos estudios, investig junto con el naturalista alemn Alexander von Humboldt, la composicin del agua, descubriendo que se compone de dos partes de hidrgeno por una de oxgeno. En 1811 dic forma a la ley que Charles haba descubierto en 1787 sobre la relacin entre el volumen y la temperatura, pero que haba quedado sin publicar. Este mismo ao, el qumico francs Courtois, por medio de una reaccin qumica produjo un gas de color violeta que Gay-Lussac identific como un nuevo elemento y le dio el nombre de yodo, que en griego significa violeta.Estudi tambin el cido cianhdrico as como el gas de hulla. En el ao 1835 cre un procedimiento para la produccin de cido sulfrico basado en el empleo de la torre llamada de Gay-Lussac.Gracias a sus mediciones qumicas de precisin y a sus procedimientos exactos de trabajo, logr obtener varios elementos qumicos y establecer las bases del anlisis volumtrico convirtindolo en una disciplina independiente.En la lucha de prestigio entre Francia e Inglaterra, Napolen suministr fondos a Gay-Lussac para que construyera una batera elctrica mayor que la de Davy, y as encontrar nuevos elementos. La batera no fue necesaria, pues Gay-Lussac y Thenard empleando el potasio descubierto por Davy, aislaron el boro sin necesidad de la electricidad. Al tratar xido de boro con potasio se produjo el elemento boro. En 1809 Gay-Lussac trabaj en la preparacin del potasio e investig las propiedades del cloro. En el campo de la industria qumica desarroll mejoras en varios procesos de fabricacin y ensayo. En 1831 fue elegido miembro de la Cmara de los Diputados y en 1839 del Senado.

Jacques Charles (1746-1823)Jacques Alexandre Csar Charles, qumico, fsico y aeronauta francs, naci en Beaugency (Loiret) el 2 de noviembre de 1746 y falleci en Pars el 7 de abril de 1823. Al tener noticias de las experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerosttico propuso la utilizacin del hidrgeno, que era el gas ms ligero que se conoca entonces, como medio ms eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo.En 1783 construy los primeros globos de hidrgeno y subi l mismo hasta una altura de unos 2 km, experiencia que supuso la locura por la aeronutica que se desat en la poca.Su descubrimiento ms importante fue en realidad un redescubrimiento ya que en 1787 retom un trabajo anterior de Montons y demostr que los gases se expandan de la misma manera al someterlos a un mismo incremento de temperatura. El paso que avanz Charles fue que midi con ms o menos exactitud el grado de expansin observ que por cada grado centgrado de aumento de la temperatura el volumen del gas aumentaba 1/275 del que tena a 0C . Esto significaba que a una temperatura de -275 C el volumen de un gas sera nulo (segn dicha ley) y que no poda alcanzarse una temperatura ms baja.Dos generaciones ms tarde Kelvin fij estas ideas desarrollando la escala absoluta de temperaturas y definiendo el concepto de cero absoluto.Charles no pblico sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac public sus observaciones sobre la relacin entre el volumen y la temperatura cuando se mantiene constante la presin por lo que a la ley de Charles tambin se le llama a veces ley de Charles y Gay-Lussac. **Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)Qumico y fsico francs, nacido el 6 de diciembre de 1778, en Saint-Lonard-de-Noblat, y fallecido el 9 de mayo de 1850, en Pars.Adems de ocupar cargos polticos de importancia, Gay-Lussac fue catedrtico de Fsica (a partir de 1808) en la Universidad de la Sorbona, as como catedrtico de Qumica (a partir de 1809) en el Instituto Politcnico de Pars.En 1802 public los resultados de sus experimentos que, ahora conocemos como Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece, que, a volumen constante, la presin de una masa fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.En el campo de la fsica llev a cabo, en 1804, dos ascensiones en globo, hasta altitudes de 7.000 metros, en las que estudi la composicin de las capas altas de la atmsfera y el magnetismo terrestre.Entre 1805 y 1808 dic a conocer la ley de los volmenes de combinacin, que afirma que los volmenes de los gases que intervienen en una reaccin qumica (tanto de reactivos como de productos) estn en la proporcin de nmeros enteros sencillos.En relacin con estos estudios, investig junto con el naturalista alemn Alexander von Humboldt, la composicin del agua, descubriendo que se compone de dos partes de hidrgeno por una de oxgeno. En 1811 dic forma a la ley que Charles haba descubierto en 1787 sobre la relacin entre el volumen y la temperatura, pero que haba quedado sin publicar. Este mismo ao, el qumico francs Courtois, por medio de una reaccin qumica produjo un gas de color violeta que Gay-Lussac identific como un nuevo elemento y le dio el nombre de yodo, que en griego significa violeta.Estudi tambin el cido cianhdrico as como el gas de hulla. En el ao 1835 cre un procedimiento para la produccin de cido sulfrico basado en el empleo de la torre llamada de Gay-Lussac.Gracias a sus mediciones qumicas de precisin y a sus procedimientos exactos de trabajo, logr obtener varios elementos qumicos y establecer las bases del anlisis volumtrico convirtindolo en una disciplina independiente.En la lucha de prestigio entre Francia e Inglaterra, Napolen suministr fondos a Gay-Lussac para que construyera una batera elctrica mayor que la de Davy, y as encontrar nuevos elementos. La batera no fue necesaria, pues Gay-Lussac y Thenard empleando el potasio descubierto por Davy, aislaron el boro sin necesidad de la electricidad. Al tratar xido de boro con potasio se produjo el elemento boro. En 1809 Gay-Lussac trabaj en la preparacin del potasio e investig las propiedades del cloro. En el campo de la industria qumica desarroll mejoras en varios procesos de fabricacin y ensayo. En 1831 fue elegido miembro de la Cmara de los Diputados y en 1839 del Senado.

Jacques Charles (1746-1823)Jacques Alexandre Csar Charles, qumico, fsico y aeronauta francs, naci en Beaugency (Loiret) el 2 de noviembre de 1746 y falleci en Pars el 7 de abril de 1823. Al tener noticias de las experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerosttico propuso la utilizacin del hidrgeno, que era el gas ms ligero que se conoca entonces, como medio ms eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo.En 1783 construy los primeros globos de hidrgeno y subi l mismo hasta una altura de unos 2 km, experiencia que supuso la locura por la aeronutica que se desat en la poca.Su descubrimiento ms importante fue en realidad un redescubrimiento ya que en 1787 retom un trabajo anterior de Montons y demostr que los gases se expandan de la misma manera al someterlos a un mismo incremento de temperatura. El paso que avanz Charles fue que midi con ms o menos exactitud el grado de expansin observ que por cada grado centgrado de aumento de la temperatura el volumen del gas aumentaba 1/275 del que tena a 0C . Esto significaba que a una temperatura de -275 C el volumen de un gas sera nulo (segn dicha ley) y que no poda alcanzarse una temperatura ms baja.Dos generaciones ms tarde Kelvin fij estas ideas desarrollando la escala absoluta de temperaturas y definiendo el concepto de cero absoluto.Charles no pblico sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac public sus observaciones sobre la relacin entre el volumen y la temperatura cuando se mantiene constante la presin por lo que a la ley de Charles tambin se le llama a veces ley de Charles y Gay-Lussac. ****Amedeo Avogadro (1776-1856)Qumico y fsico italiano. Naci el 9 de junio de 1776 en Turn, Italia y muri el 9 de julio de 1856.En 1792 se gradu como doctor en derecho cannico, pero no ejerci. En vez de ello, mostr verdadera pasin por la fsica y la qumica, y una gran destreza para las matemticas. Recapacitando sobre el descubrimiento de Charles (publicado por Gay -Lussac) de que todos los gases se dilatan en la misma proporcin con la temperatura decidi que esto deba implicar que cualquier gas a una temperatura dada deba contener el mismo nmero de partculas por unidad de volumen. Avogadro tuvo la precaucin de especificar que las partculas no tenan por qu ser tomos individuales sino que podan ser combinaciones de tomos (lo que hoy llamamos molculas).Con esta consideracin pudo explicar con facilidad la ley de la combinacin de volmenes que haba sido anunciada por Gay-Lussac y, basndose en ella, dedujo que el oxgeno era 16 veces ms pesado que el hidrgeno y no ocho como defenda Dalton en aquella poca.Enunci la llamada hiptesis de Avogadro: iguales volmenes de gases distintos contienen el mismo nmero de molculas, si ambos se encuentran a igual temperatura y presin. Ese nmero, equivalente a 6,022 1023, es constante, segn public en 1811. Como ha ocurrido muchas veces a lo largo de la historia las propuestas de Avogadro no fueron tomadas en cuenta, es ms, Dalton, Berzelius y otros cientficos de la poca despreciaron la validez de su descubrimiento y la comunidad cientfica no acept de inmediato las conclusiones de Avogadro por tratarse de un descubrimiento basado en gran medida en mtodos empricos y vlido solamente para los gases reales sometidos a altas temperaturas pero a baja presin.Sin embargo, la ley de Avogadro permite explicar por qu los gases se combinan en proporciones simples.Fue su paisano Cannizaro quin, 50 aos ms tarde, se puso a su favor y la hiptesis de Avogadro empez a ser aceptada. A partir de entonces empez a hablarse del nmero Avogadro.*Amedeo Avogadro (1776-1856)Qumico y fsico italiano. Naci el 9 de junio de 1776 en Turn, Italia y muri el 9 de julio de 1856.En 1792 se gradu como doctor en derecho cannico, pero no ejerci. En vez de ello, mostr verdadera pasin por la fsica y la qumica, y una gran destreza para las matemticas. Recapacitando sobre el descubrimiento de Charles (publicado por Gay -Lussac) de que todos los gases se dilatan en la misma proporcin con la temperatura decidi que esto deba implicar que cualquier gas a una temperatura dada deba contener el mismo nmero de partculas por unidad de volumen. Avogadro tuvo la precaucin de especificar que las partculas no tenan por qu ser tomos individuales sino que podan ser combinaciones de tomos (lo que hoy llamamos molculas).Con esta consideracin pudo explicar con facilidad la ley de la combinacin de volmenes que haba sido anunciada por Gay-Lussac y, basndose en ella, dedujo que el oxgeno era 16 veces ms pesado que el hidrgeno y no ocho como defenda Dalton en aquella poca.Enunci la llamada hiptesis de Avogadro: iguales volmenes de gases distintos contienen el mismo nmero de molculas, si ambos se encuentran a igual temperatura y presin. Ese nmero, equivalente a 6,022 1023, es constante, segn public en 1811. Como ha ocurrido muchas veces a lo largo de la historia las propuestas de Avogadro no fueron tomadas en cuenta, es ms, Dalton, Berzelius y otros cientficos de la poca despreciaron la validez de su descubrimiento y la comunidad cientfica no acept de inmediato las conclusiones de Avogadro por tratarse de un descubrimiento basado en gran medida en mtodos empricos y vlido solamente para los gases reales sometidos a altas temperaturas pero a baja presin.Sin embargo, la ley de Avogadro permite explicar por qu los gases se combinan en proporciones simples.Fue su paisano Cannizaro quin, 50 aos ms tarde, se puso a su favor y la hiptesis de Avogadro empez a ser aceptada. A partir de entonces empez a hablarse del nmero Avogadro.********