Composición porcentual Determinación de fórmula empírica y molecular … · 2016. 4. 29. ·...
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GASES
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GASES
EL ESTADO GASEOSOLos gases son fluidos y están compuestos de partículas enmovimientos constante y al azar.
Los gases se expanden hasta llenar el
recipiente que los contiene y también, se
pueden comprimir, es decir, el volumen que
presentan es variable.
En los gases, las fuerzas entre los átomos y las moléculas no tienen efectos
apreciables; están muy separados y se mueven rápidamente, por esta
razón, los gases carecen de forma definida y adoptan la del recipiente que
los contiene.
PROPIEDADES DE LOS GASES
Un gas presenta gran facilidad para dispersarse en elaire o a través de otro gas propiedad que se conoce
con el nombre de difusión.
Cuando dos gases entran en contacto, se
mezclan hasta quedar
uniformemente repartidas las partículas de
uno en otro, esto es posible por el gran
espacio existente entre sus partículas y por
el continuo movimiento de estas
Los gases están compuestos por
partículas muy pequeñas llamadas
moléculas
Este enunciado explica la propiedad de la compresión y la baja
densidad de los gases.
PROPIEDADES DE LOS GASES
Tomando como referencia el tamaño de las partículas de un gas, existe una
gran distancia de espacio vacío entre ellas, lo que hace posible su
compresión, es decir, la reducción o disminución de los espacios vacíos
entre sus moléculas; lo cual se logra aumentando la presión (una fuerza
externa)..
PROPIEDADES DE LOS GASES
Dilatación
Cuando se calienta una muestra de gas,
aumenta la velocidad promedio de sus
partículas, las cuales se mueven en un
espacio mayor, dando como resultado
que todo el gas aumenta su volumen se
han expandido.
Los gases se expanden en forma
indefinida y uniforme para llenar todo
el espacio en el que se encuentran
Variables que afectan el comportamiento de los gases
Estas propiedades de los gases se deben a su composición, su
comportamiento y a cuatro importantes factores – la presión (P), la
temperatura (T), el volumen (V) y el número de moles (n).
Presión = Fuerza / ÁreaP = F / A
1 Atm = 760 Torr = 760 mmHg
Las pequeñas moléculas de los gases colisionan con las paredes de sus
contenedores, ejerciendo presión (P).
La presión es la fuerza que se ejerce por unidad de área (P = F/A) y en
el caso de los gases se mide en atmósferas, milímetros de mercurio o
Torricelli (atm , mmHg ó Torr) con un manómetro.
Variables que afectan el comportamiento de los gases
En un gas la temperatura (T) es una magnitud que se relaciona con la
medida de velocidad promedio con que se mueven las partículas, es decir
su energía cinética.
Entre mayor la temperatura de un gas, mayor el movimiento de sus
moléculas y viceversa, razón por la cual se dice que los gases se
expanden al calentarse y se comprimen al enfriarse.
Si la temperatura disminuye lo suficiente, los gases se hacen líquidos.
Variables que afectan el comportamiento de los gases
El volumen (V) es la medida del espacio tridimensional que ocupa un
cuerpo.
En el caso de los gases, estos se expanden para ocupar todo el espacio de
los recipientes en los cuales se encuentran.
El volumen de los gases usualmente se mide en litros o decímetros
cúbicos (L ó dm3) por el tamaño de sus contenedores.
Variables que afectan el comportamiento de los gases
MASA: Cantidad de materia del gas y
suele asociarse con el número de moles
(n).
LEYES DE LOS GASES
1. Ley de Boyle
2. Ley de Charles
3. Ley de Gay- Lussac
4. Ley Combinada de los gases
5. Ley de Dalton
LEY DE BOYLELa Ley de Boyle, formulada por Robert Boyle, es una de las leyes de los
gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad
de gas mantenida a temperatura constante.
La ley dice que a una temperatura constante y para una masa dada de un
gas el volumen del gas varia de manera inversamente proporcional a la
presión absoluta del recipiente:
1. Condición 2. Condición
P1.V1= K P2. V2=K
P1.V1 = P2. V2
LEY DE CHARLES
El volumen de un gas es directamente
proporcional a la temperatura del gas
cuando la presión es constante
VαT (P = constante)
KT
V
1
1K
T
V
2
2
2
2
1
1
T
V
T
V
LEY DE GAY - LUSSACLa presión de un gas es directamenteproporcional a su temperatura, si elvolumen permanece constante.
𝑃 ∝ 𝑇 (V = constante)
𝑃1
𝑇1= 𝑘1 , en un estado inicial y
en un estado final tenemos 𝑃2
𝑇2= 𝑘2.
𝑃1
𝑇1=
𝑃2
𝑇2(cuando V = constante)
LEY DE DALTONLa ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton)
fue formulada por el físico, químico y matemático John Dalton.
Establece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan
químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería
cada uno de ellos si sólo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin
variar la temperatura.
Leyes de los gases ideales
El
comportamiento
de los gases se
describe a partir
Moles
Presión
Volumen
Temperatura
LEY COMBINADA DE LOS GASES
Para una masa determinada de cualquier gas, se cumple que elproducto de la presión por el volumen dividido entre el valor de latemperatura es una constante:
𝑃 𝑉
𝑇= 𝑘
Combinando las tres leyes anteriores se obtiene:
PRINCIPIO DE AVOGADRO
Volúmenes iguales de todos los gases medidos a las mismascondiciones de temperatura y presión contienen el mismonúmero de moléculas.
𝑉 ∝ 𝑛 , es decir, V = k n
Bajo condiciones normales (273 K y 1 atm) y teniendo encuenta que un mol equivale a 6,02x1023 moléculas, 1 mol decualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros.
LEY DE LOS GASES IDEALES
De la ley General de los gases se obtiene la ley de los Gases Ideales. Su expresión matemática es:
PV = nRT
siendo P la presión, V el volumen, n el número de moles, R la constante universal de los gases ideales y T la temperatura en Kelvin. Tomando el volumen de un mol a una atmosfera de presión y a 273 K, como 22,4 l se obtiene el valor de
𝑅 =0,082 𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝐿
𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾
Leyes de los gases ideales
Ecuación general de los gases ideales
PV=nTR
22,4L 22,4L 22,4L 22,4L 22,4L 22,4L
A 0 ºC y 1 atm, 1 mol de cualquier gas
ocupa un volumen de 22,4 L
Condiciones
idénticas de
temperatura y
presión
Cantidades iguales en
moles de gas ocupan
el mismo volumen
Ejercicios 1.- Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de
750 mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm.si la
temperatura no cambia?
3
22
3 8,65;2,180/760
750cmVVatmcm
atmmmHg
mmHg
Como la temperatura y la masa permanecen constantes en el proceso,
podemos aplicar la ley de Boyle: P1.V1 = P2.V2
Tenemos que decidir qué unidad de presión vamos a utilizar. Por ejemplo
atmósferas.
Como 1 atm = 760 mm Hg, sustituyendo en la ecuación de Boyle:
2.- El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm3 a la temperatura de20ºC. Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece constante.
Como la presión y la masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de Charles y Gay-Lussac:
El volumen lo podemos expresar en cm3 y, el que calculemos, vendrá expresado igualmente en cm3, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin.
2
2
1
1
T
V
T
V
.78,247;363293
200 3
22
3
cmVK
V
K
cm
3.- Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg cuando latemperatura es de 25ºC. Calcula la presión que alcanzará si la temperatura subehasta los 200ºC.
2
2
1
1
T
P
T
P
.1,1055;398298
7902
2 HgmmPK
P
K
Hgmm
Como el volumen y la masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley
de Gay-Lussac:
La presión la podemos expresar en mm Hg y, la que calculemos, vendrá expresada
igualmente en mm Hg, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin.
4.- Un gas ocupa un volumen de 2 l en condiciones normales. ¿Qué volumen
ocupará esa misma masa de gas a 2 atm y 50ºC?
Como partimos de un estado inicial de presión, volumen y temperatura, para
llegar a un estado final en el que queremos conocer el volumen, podemos utilizar
la ley combinada de los gases ideales, pues la masa permanece constante:
;.
1
110
T
VP
T
VP
o
o la temperatura obligatoriamente debe ponerse en K
lVKatm
KlatmV
K
Vatm
K
latm18,1;
273.2
373.2.1;
373
.2
273
2.111
1
Como se observa al aumentar la presión el volumen ha disminuido, pero no
de forma proporcional, como predijo Boyle; esto se debe a la variación de
la temperatura.
5.- Un recipiente cerrado de 2 l. contiene oxígeno a 200ºC y 2 atm. Calcula:
a) Los gramos de oxígeno contenidos en el recipiente.b) Las moléculas de
oxígeno presentes en el recipiente.Ar(O)=16.a) Aplicando la ecuación general de los gases PV=nRT podemos calcular los
moles de oxígeno:
.1,0;473..
.082,0.2.2 2OdemolnK
molk
latmnlatm
gXmol
X
moles
Odeg2,3;
1,01
32 2
b) Utilizando el NA calculamos el número de moléculas de oxígeno:
2
22
22
2
23
10.023,6;1,01
10.023,6OdemoléculasX
Ode
X
Odemolson
Odemoléculas
6.- Tenemos 4,88 g de un gas cuya naturaleza es SO2 o SO3. Para resolver la
duda, los introducimos en un recipiente de 1 l y observamos que la presión
que ejercen a 27ºC es de 1,5 atm. ¿De qué gas se trata?
Ar(S)=32.Ar(O)=16.
.061,0;300..
.082,0.1.5,1 2OdemolnK
molk
latmnlatm
gXmol
X
molesson
gSi80;
1061,0
88,4
Aplicando la ecuación general de los gases PV=nRT podemos calcular los moles
correspondientes a esos 4,88 gramos de gas:
La masa molar del gas será:
Como la M(SO2)=64 g/mol y la M(SO3)=80g/mol. El gas es el SO3
11.Vm gllgm 25,3125./25,1
lgl
g
V
m/40,1
4,22
25,31
2
2
7.Un mol de gas ocupa 25 l y su densidad es 1,25 g/l, a una temperatura y
presión determinadas. Calcula la densidad del gas en condiciones normales.
Conociendo el volumen que ocupa 1 mol del gas y su densidad, calculamos la
masa del mol:
Como hemos calculado la masa que tienen un mol y sabemos que un mol de
cualquier gas ocupa 22,4 litros en c.n., podemos calcular su densidad:
Taller
• Calcula la fórmula molecular de un compuesto sabiendo que 1 l de su gas, medido a 25ºC y 750 mm Hg de presión tiene una masa de 3,88 g y que su análisis químico ha mostrado la siguiente composición centesimal: C, 24,74 %; H, 2,06 % y Cl, 73,20 %.Ar(O)=16. Ar(H)=1. Ar(Cl)=35,5
• En un recipiente de 5 l se introducen 8 g de He, 84 g de N2 y 90 g de vapor de agua.Si la temperatura del recipiente es de 27ºC. Calcular: a) La presión que soportan las paredes del recipiente. b) La fracción molar y presión parcial de cada gas. Ar (He) = 4; Ar (O) = 16; Ar (N) = 14; Ar (H) = 1.
• El aire contiene aproximadamente un 21 % de oxígeno, un 78 % de nitrógeno y un 0,9 % deargón, estando estos porcentajes expresados en masa. ¿Cuántas moléculas de oxígenohabrá en 2 litros de aire? ¿Cuál es la presión ejercida si se mete el aire anterior en unrecipiente de 0,5 l de capacidad a la temperatura de 25 ºC?
