PLAN DE CLASE MODELO

PLAN DE CLASE MODELOUnidad: ESTADO GASEOSO Introduccin Conceptos Sobrepresin Teora cintica molecular de gases Leyes de Gases Ideales Boyle Mariotte Charles y Gay Lusac Ecuacin de Estado de Gas Ideal Principios de Avogadro Densidad y Peso Especfico.Introduccin

El estado gaseoso es importante porque el hombre como los animales y las plantas dependen del medio gaseoso para la vida, el aire atmosfrico el cual est formado principalmente O2, N2, CO2 y H2O y otros gases siendo los mencionados los compuestos vitales del cielo biolgico y equilibrado de la vida. Igualmente todos los equipos, materiales que existen estn expuestos a los gases y la presin que ejercen.Los Objetivos

Que el estudiante:1. Defina e identifique las clases de presin y aplique a los diferentes problemas prcticos.

2. Que interprete o explique la teora cintica molecular aplicada sobre los gases ideales.

3. Que demuestre y aplique las leyes de Boyle y Mariotte, de Charles, y Gay Luzca y la ley general de los gases ideales.4. Que explique el principio de Avogadro y lo aplique a los gases.

5. Que determine experimentalmente la densidad y el peso especfico.

INTERROGATORIO O PREGUNTAS

1. Qu es la Ley de Isotermas?

2. Qu es la Ecuacin de Clapeyron?3. Deducir la educacin cintica de gases.

4. Qu es vapor?

5. Qu es peso molecular?

6. Qu es un gas?

7. Densidad de un gas.

8. Clases de presin.

9. Qu es la presin de los lquidos?

10. Deduccin de la ley de Boyle

11. La Ley isobrica de los gases.DESARROLLO

1. PRESIN P = Fuerzas = gr = lb rea cm2pug2PRESIN ATMOSFRICA (600 km. de aire)Es la presin que soporta la Tierra de el aire atmosfrico (O2, CO2, CO, Ar, He, Kr, H2O y otros) y depende de la latitud y la densidad del aire, altura, la presin atmosfrica fue calculada experimentalmente por Torricelli, el usar una curva con mercurio y un tubo invertido. La medicin lo realiz en 45 de latitud norte y a nivel del mar (altitud 0 mt.).

La presin atmosfrica vara inversamente con la altitud y directamente con la densidad del aire e inversamente con la temperatura.LOS FENMENOS QUE DEPENDEN DE LA PRESIN ATMOSFRICALa ebullicin de lquidos y las condiciones del tiempo.Ej.: Cundo un lquido alcanza su punto de ebullicin? Cuando la presin de su vapor iguala a la presin atmosfrica.Presin ExteriorPunto de Ebullicin del Agua C

760355

45810080

0

CONCLUSIONES DE TORRICELLIUna atmsfera = 760 mm Hg

En honor a Torricelli

1mm Hg = 1 TorrEQUIVALENCIAS Kg-/cm2, mm H2O y PSI UNA ATMOSFERA

1 atm = 760 TorrP = D h

= 13.6 g/cm3 x 76 cm = 1,033 g - f /cm21 atm = 1,033 kg F/cm2Sistema Ingls:1 atm = 1033g F x 6.45 cm2 x lb f = 14.7 lb f

cm2 x pulg2 453.6g-f 1 atm = 14.7 lb-f / pulg2 = 14.7 p.s.i. 1 atm = 10.33 m H2OCLASES DE PRESIONES1. Presin Atmosfrica o Baromtrica o P.S.I. (se mide con el barmetro).

La presin en el sistema ingls se escribe lib/pug2 o P.S.I.P = Pound; S = Square; I = inchEs aquellos que ejerce la masa gaseosa sobre la tierra, se mide con el barmetro y la presin sobre la superficie del mar es la unidad de presin y se llama una atmsfera de presin = 1 at = 76 cm= 760mm de Hg.2. Presin Manomtrica o Presin Relativa P.m (PSIG)Es la diferencia de presiones que existen entre la presin de un gas cerrado y la presin del medio ambiente, y se mide con un manmetro.

En el sistema ingls se escribe as lib/pulg2, PSIG (p = pound; s = square, i = inch, g = gage)

La presin del gas en el tanque es mayor que la atmsfera. La diferencia es la presin manomtrica.

3. Presin Absoluta PaEs la presin total que ejerce un gas en un recipiente. La presin absoluta en el sistema ingls se escribe lb/pulg2 P.S.I. A (p = pound, s = square, i = inch, a = absolut).La presin absoluta es igual a la suma de la presin manomtrica y baromtrica.

Pa = Pm + Pb

4. Presin Normal1 atm = 760mm Hg

Es aproximadamente la que soporta la superficie del mar y es una atmsfera de presin.

5. Presin Vacumtrica

La presin interna del recipiente es menor que la presin atmosfrica Pa = Pb + (-Pm)

PS IA = 1 at + (- a x h)

Presin de los Gases

Es la presin que ejercen las molculas sobre las paredes del recipiente que las contienen y depende de a) el nmero de molculas; b) de la temperatura, a mayor temperatura mayor presin y se mide con manmetro, y para determinar la presin total se debe aadir la presin del medio ambiente.Presin de los lquidos

Es la presin de un punto del lquido es directamente proporcional a la altura y al peso especfico y no depende del rea. P = DhDemostracin

Sea un recipiente de forma cilndrica conteniendo un lquido x de peso especfico D.Por definicin P = F

A

La fuerza sobre la base es debido al peso del lquido.

Luego: P = w = DV = D hA

Px A

P = hD

La diferencia de presiones entre dos puntos ubicados en un mismo lquido es:

PB - PA = DH

TEORIA CINETICA MOLECULAR DE GASES

Las sustancias gaseosas que intervienen en las reacciones qumicas requiere previamente de un estrecho de las leyes fsicas de los gases.

LA TEORA CINETICO MOLECULAR (T.C.M.)

Fue creado por Causius, Maxwell y Bultzamann y los postulados de esta teora son:1. Los gases constituidos por molculas tan pequeas que el volumen real ocupado por las molculas es despreciable comparado con el vaco que hay entre ellas y estn dotadas de gran energa cintica.

Ec = 1 mv2 2

Energa cintica

2. No existen fuerzas de atraccin entre las molculas que constituyen el gas.

3. Las molculas se mueven a altas velocidades y en lnea recta, y constantemente chocan entre s y sobre las paredes del recipiente que las contienen en tales choques no hay prdidas netas de energa cintica total de las molculas.

a b

a b1 mV2A + 1 mV2 B (1 mV2 A + 1 mV2 B

2 2

2

2

4. No todas las molculas de un gas tienen la misma velocidad, por consiguiente no tienen igual energa cintica, pero el promedio de la energa cintica es proporcional a la temperatura absoluta.

= 1 m -2

2

= Energa cintica promedio.

m = la masa de la molcula.

= la velocidad promedio

CONCLUSIN

Los postulados I y II explica el porque los gases ocupan cualquier volumen y el porqu son susceptibles a compresin y expansin.

Los postulados III y IV explican el porque los gases ejercen presin y temperatura que se pueden medir, y tambin se explica porqu los gases no se sedimentan y que tienen la misma energa cintica en promedio.

De acuerdo a la teora cintica molecular se cumple la siguiente relacin entre presin, volumen y la energa cintica.

PV = 2

P = presin 3

v = volumen

Ec = energa. Cintica. Promedio.La teora cintica molecular a servicio para el estudio cuantitativo del comportamiento de los gases y para establecer las leyes de los gases ideales.

Qu es un gas IDEAL?

Es aquel gas imaginario que cumple exactamente con los postulados de la TCM por consiguiente cumple con la ley de los gases ideales.Qu es un gas REAL?

Son gases (que existen) cuyas molculas estn sujetas a fuerzas de atraccin (mnima) y repulsin solamente a bajas presiones y altas temperaturas. Las fuerzas de bajas presiones y altas temperaturas. Las fuerzas de atraccin son despreciables y se comportan como gas ideales.

Un gas se licua?

Es pasar del estado gaseoso a lquido donde las fuerzas de atraccin son mayores o iguales a las de repulsin y se logra de las formas siguientes:1. Disminuyendo la temperatura. Con esto se logra que la molcula se muevan lentamente hasta que las fuerzas de atraccin sean iguales a las de repulsin, en ese instante se produce la licuacin.

2. Aumento de presin. Las molculas estn ms prximas, hasta que las fuerzas de cohesin sean iguales a los de repulsin, producindose la licuacin.

3. Variando en forma simultnea la presin y la temperatura. Aumentando la presin y disminuyendo las temperaturas.

Qu es temperatura crtica?

Es la temperatura por encima de la cual no es posible licuar una sustancia gaseosa por ms alta que sea la presin que se aplique.

ANALISIS MATEMTICO DE LOS GASESVARIABLES DE UN ESTADO

Son aquellas magnitudes fsicas que determinan caractersticas cuantitativas de un cuerpo en un determinado estado fsico.

Masa (W)

Temperatura (T)

Presin (P)

Volumen (V)

Ecuacin de estado

Es la representacin matemtica de las variables de un estado. PV = W RT

Ecuacin de estado de

M

los gases idealesVariable ConstanteProceso

Temperatura (T)

Presin (T)

Volumen (V)

Entropa (S)Isotrmico

Isobrico

Isocrico

Isentrpico

Si en el proceso varan todas las variables incluyendo la entalpa, entropa, entonces el proceso se denomina poitrpico.LEY DE LOS GASES IDEALES

1. Ley de Boyle Mariotte (Isotermas)

El volumen de un peso constante de gas vara inversamente con la presin ejercida sobre el mismo si la temperatura se mantiene. Matemticamente se expresa:

V a 1 (p, I constantes *)

p

Estado I

Progreso

Estado IIP1V1= K

t = constante.

P2V2 = K

P1V1 = P2V2Representacin grfica:

La curva se representa PV = KLas temperaturas son sin diferentes T3 > T2 > T1

Los gases reales no tienen igual comportamiento que los gases ideales.

2. Ley de Charles (Isobaras)

El volumen de un peso constante de gas vara en proporcin directa con temperatura absoluta, a presin constante.Matemticamente se expresa:

V a T (p, P constantes)

Por lo tanto:

V = KT (K es diferente de la K en la Ley de Boyle )

V1 = K (para un estado 1 de volumen y presin).

T1

V1 = V2

T1 T2

Representacin grfica:

El volumen de un gas en funcin de la temperatura grados Celsius.

Frmula general de las escalas de temperatura:RC = F 32 = K - 273 = R - 492 5

9 5

9

3. Ley Gay Lussac (Ley iscoras)

A volumen constante de una masa gaseosa, la presin vara directamente con la temperatura absoluta.

Representacin:

P a T

P = KT (K = V x P)

Estado I

Estado II

P1 = K

P2 = K

T1

T1

P1 = P2T1T2

Representacin grafica:

Representacin matemtica: P/T = K

LEY GENERAL DE LOS GASES IDEALESAl variar la temperatura, presin y volumen, permanece constante la masa.Deduccin de la Frmula General: Ley de las Isotermas

P1V1 = P2V2

(1)

Ley de las Isobricas

V1 = V2

(2)

T1T2 Ley de las Iscaras

P1 = P2

(3)

T1T21) Si se multiplica (1) (2) (3) y se extrae la raz cuadradaP1 V1 = P2 V2 T1 T2

Isotermas2) P1V1 = P2 V1

2) V1 = V2 T1 T2V1 = P1 V1

V1 = V2 T1P2

T2

P1 V1 = V2 T1

P2 T2

P1 V1 = V2 P2

T1 T2ANLISIS GRFICO DE LOS DIFERENTES PROCESOSP1 V1 = P2 V2 = P3 V3 = P4 T4 = CTC T1 T2

T3 T4

Proceso 1 o 2

Isotrmico

Isobrico

Isocrico

Ecuacin Universal de los gases ideales o de CLAPEYONPV = nRT

Deduccin de la FrmulaDe acuerdo a la ley Boyle

V= r1 1

pDe acuerdo a la Ley Charles

V = r2 TEl volumen a presion y temperatura constante proporcional a su nmero de moles.V = r3 n

Con (1), (2), (3) se tiene V = r1 r2 r3 nt

r1 r2 r3 = R

p

v = Rnt

p

VALORES DE LA CONSTANTE R0.082 at x 1t

62.4 Torr x 1t

Mol - G.K

mol g xK10.8 Psi x Pie3

Mol - 1b.R

FORMULAS IMPORTANTES Para calcular1. Volumen moles

Si n = 1

V = RT

P

2. Peso del gas

Si N =

W = P V M

RT

3. Peso molecular

PV = W RT

M = W R T

M

PV

4. Para calcular la densidad absoluta del gas

PV = W RT D = W

D = PM

M

V

RTGASES REALESUna de las ecuaciones que explica satisfactoriamente el comportamiento de los gases reales, es la de VAN DER WAALS.E P + n2 a(V nb) = nrt

v2

P = Presinn = nmero de molesV = Volumen

T = Temperatura

a y b = son parmetros moleculares del gas real que caracterizan la estructura y propiedad de sus molculas.

X

hx

hA

hB

B

A

VP = Rnt

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