GAS IDEAL

Los enlaces moleculares son más fuertes en los sólidos y más débiles en los gases, debido en parte a que las moléculas en los primeros están más próximas entre sí, mientras que en los gases se hallan separadas por distancias relativamente grandes.

 

SOLIDO

 

Las moléculas en un sólido están dispuestas en un patrón tridimensional (red) que se repite por todo el sólido. A causa de las pequeñas distancias intermoleculares existentes en un sólido, las fuerzas de atracción entre las moléculas son grandes y las mantienen en posiciones fijas.

Cuando la temperatura es muy alta, la velocidad alcanza un punto donde las fuerzas intermoleculares disminuyen de forma parcial y en el que grupos de moléculas se apartan. Este es el comienzo de fusión.

LIQUIDO

 

En estos el espaciamiento molecular es parecido al de la fase sólida, excepto en que las moléculas ya no están en posiciones fijas entre sí y pueden girar y trasladarse libremente. En un líquido las fuerzas intermoleculares son más débiles que en los sólidos, pero su fuerza es mayor comparada con la de los gases.

 

GASES

 

En estos las moléculas están bastante apartadas, no hay un orden molecular, se mueven al azar con colisiones continuas entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. En esta fase, las moléculas tienen un nivel de energía considerablemente mayor que en la líquida o en la sólida, por lo que para que un gas se condense o congele debe liberar antes una gran cantidad de energía.

GAS IDEAL

 

Un gas ideal es una sustancia imaginaria, lo que implica una baja densidad, (bajo condiciones que implican presiones bajas y temperaturas altas, la densidad de un gas disminuye y su comportamiento es el de un gas ideal)

 

Para intereses prácticos, muchos gases conocidos como el aire, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, helio, argón, neón, criptón e incluso algunos pesados como el dióxido de carbono, pueden tratarse como un gas ideal con un margen de error insignificante.

Para el tratamiento del vapor de agua y en plantas térmicas y los refrigerantes en los sistemas de refrigeración, existen tablas apropiadas.

LEYES DE LOS GASES IDEALES

LEY DE BOYLE.- También conocida como Ley de Boyle-Mariotte

Si se mantiene constante la temperatura de una cantidad dada de gas, su volumen varía en relación inversa a su presión absoluta durante el cambio de estado.

Este cambio de estado se realiza mediante un Proceso Isotérmico

su expresión matemática es:

, o bien: 22112

1

2

1 ; VpVpVV

pp CpV

LEY DE CHARLES.- También conocida como Ley de Gay-Lussac. Se enuncia mediante dos partes:

a) Si la presión sobre cierta cantidad de gas se mantiene constante durante un cambio de estado, el volumen varía en proporción directa a su temperatura absoluta

En este caso ocurre un Proceso Isobárico

su expresión matemática es:

o bien: T/V = C,2

2

1

1

V

T

V

T

a) Si el volumen de cierta cantidad de gas se mantiene constante durante un cambio de estado, la presión varía en proporción directa a su temperatura absoluta.

 En este caso ocurre un Proceso Isovolumétrico o Isocórico

Su expresión matemática es:

, o bien: T/p = C2

2

1

1

2

1

2

1 ;p

T

p

T

T

T

p

p

ECUACION DE ESTADO DE UN GAS IDEAL

Ecuación de Estado, se denomina a cualquier ecuación que relacione a la presión, la temperatura y el volumen específico

La ecuación de estado más sencilla y conocida para sustancias en la fase gaseosa es la Ecuación de Estado del Gas Ideal. Esta predice el comportamiento p,v,t de un gas con bastante exactitud, dentro de cierta región elegida adecuadamente.

Para establecer esta ecuación relacionaremos tres propiedades de acuerdo a la función p = f(V,T). la obtendremos además combinando la Ley de Boyle con una de los enunciados de la Ley de Charles.

Supongamos que un gas ideal experimenta un cambio de estado de 1 a 2, siguiendo la trayectoria arbitraria 1-b-2, si la masa es la unidad, entonces el volumen considerado es el específico.

Observamos dos procesos:

(1-a) presión constante y otro

(2-a) volumen constante

cuando p = C

, o bien: ,,1

111

v

vTT

T

T

v

v aa

aa

1

21 v

vTTa

Cuando v = C

o bien:

 

Igualando los valores de Ta, se tiene: 

= , o bien: (una constante)

 

R = Constante específica del gas o Constante del gas

 

En general: o también:

, para 1 kg o 1 lb

,,2

222

p

pTT

T

T

p

p aa

aa

2

12 p

pTTa

1

21 v

vT

2

12 p

pT

,

RT

vp

T

vp 2

22

1

11

,RT

pv ,RTpv ,RTp

RTpV

CONSTANTE DEL GAS

El valor de R se obtiene a partir de observaciones experimentales, por lo tanto a °C (32°F) y a la presión atmosférica estándar, el volumen específico del aire es 0,7735 m³ (12,39 ft³/lb), de donde:

Estos valores corresponden únicamente al AIRE

Expresada en forma general, la constante del gas es:

 R = unidades de energía / (masa x temperatura), KJ/kg-°K (BTU/lb-°R)

Kkg

mkg

K

kgmmkg

T

pvR

o

3,29

)2730(

)/7735,0(/33,10 32

Rlb

lbft

R

lbftftpplb

T

pvR

3,53

)46032(

)/39,12)(/lg144(lg/7,14 3222