GASES

Prof. Claudimar Camejo Abreu

ESTADOS DE LA MATERIA

GAS LQUIDO SLIDO

CARACTERSTICAS DE LOS GASES

Forman mezclas homogneas sin importar la identidad ni proporciones relativasde los gases componentes de la mezcla.

Las partculas de los gases son independientes unas de otras, estn separadas porenormes distancias con relacin a su tamao.

Son expansibles y compresibles. Tienden a ocupar todo el volumen del recipienteque los contiene y a adoptar la forma del mismo.

Sus densidades son muy pequeas y varan con la temperatura y la presin.

Las partculas de un gas se encuentran en constante movimiento en lnea recta ycambian de direccin cuando chocan entre ellas y con las paredes del recipiente.

Experimento de Torricelli (barmetro)

Manmetro

PRESIN

Presin atmosfrica: fuerza que ejerce la atmsfera (molculas del

aire) sobre la superficie de la tierra.

P =F

A

MAGNITUDES UNIDADES

Cantidad de sustancia (n) mol

Volumen (V) L o m3

Presin (P) 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1,01325 bar = 101.325 Pa

Temperatura (T) K = C + 273

VARIABLES QUE AFECTAN

EL ESTADO GASEOSO

La ley de Boyle establece que la presin de una cantidad fija de gas atemperatura constante es inversamente proporcional al volumen del gas.

VP

1

P (mmHg) V (mL)

(a) 760 60

(b) 1520 30

LEYES DE LOS GASES

LEYES DE LOS GASES

Ley de Boyle

VP

1

A temperatura constante

La ley de Charles establece que el volumen de un gas a presin constantees directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

Alta temperatura Baja temperatura

LEYES DE LOS GASES

V T

La ley de Avogadro establece que el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional al nmero de moles en la muestra a presin y temperatura constantes.

V n

LEYES DE LOS GASES

3 moles

3 molculas

1 volumen

2 molculas

2 moles

2 volmenes3 volmenes

1 mol+

1 molcula +

+

La ley de Avogadro establece que el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional al nmero de moles en la muestra a presin y temperatura constantes.

LEYES DE LOS GASES

El amoniaco reacciona con el oxgeno para formar NO y vapor de agua. Si seutilizan X litros de amoniaco, cuantos litros de NO se formarn atemperatura y presin constantes?

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

1 mol NH3 1 mol NO

con temperatura y presin constantes

1 volumen NH3 1 volumen NO

5.3

EJEMPLO

ECUACIN DEL GAS IDEALLas leyes de los gases se pueden combinar en una ecuacin general describe el comportamiento fsico de todos los gases.

nTV

P

VP

1

Ley de Boyle

V n

Ley de Avogadro

V T

Ley de Charles

nTV R

P PV = nRTreordenando

R es la constante de proporcionalidad, denominada constante de los gases.

R = (0,082 atm L / mol K = 8,314 J/mol K)

Condiciones estndar: 273,15 K (0C) y 1 atm.

Calentamiento a volumen constante: incremento de la

presin

Enfriamiento a volumen constante:

disminucin de la presin

ECUACIN DEL GAS IDEAL

ECUACIN DEL GAS IDEAL

Calentamiento a presin constante: incremento del

volumen

Enfriamiento a presin constante:

disminucin del volumen

La presencia de molculas adicionales causa un incremento en la temperatura.

ECUACIN DEL GAS IDEAL

V V

n n1 2

1 2

P y T = ctte

ECUACIN DEL GAS IDEAL

PV = nRT

V V

T T1 2

1 2

P = ctte

P1V1 = P2V2

T = ctte

PV PV

n T n T1 1 2 2

1 1 2 2

Relaciones a partir de la ecuacin del gas ideal.

Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un volumen de 946 mL y seencuentra a una presin de 726 mmHg. Cul es la presin que se necesita paraque el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura de la muestra es constante?

P1 x V1 = P2 x V2

P1 = 726 mmHg

V1 = 946 mL

P2 = ?

V2 = 154 mL

P2 = P1 x V1

V2

726 mmHg x 946 mL154 mL

= = 4460 mmHg

P x V = constante

EJEMPLO

Una muestra de monxido de carbono en estado gaseoso se encuentra a unatemperatura de 125C. Si el volumen inicial de la muestra es de 3,2 litros, Qutemperatura debe tener el sistema si se quiere reducir el volumen a 1,54 litros?

V1 = 3.20 L

T1 = 398.15 K

V2 = 1.54 L

T2 = ?

T2 = V2 x T1

V1

1.54 L x 398,15 K3,20 L

= = 192 K

V1 /T1 = V2 /T2

T1 = 125 (0C) + 273,15 (K) = 398,15 K

EJEMPLO

Cul es el volumen en litros que ocupan 49,8 gramos de cido clorhdrico(HCl) a presin y temperatura normales?

PV = nRT

V = nRT

P

T = 0 C = 273,15 K

P = 1 atm

n = 49,8 g x 1 mol HCl

36,45 g HCl= 1,37 mol

V =1 atm

1,37 mol x 0,0821 x 273,15 KL atmmol K

V = 30,6 L

EJEMPLO

El argn es un gas inerte que se usa en algunas bombillas para retrasar lavaporizacin del filamento. Cierto foco contiene argn a 1,2 atm de presiny cambia de temperatura desde 18C hasta 85C. Cul es la presin finaldel argn en atm si el volumen del sistema es constante?

PV = nRT n, V y R son constantes

nRV

=PT

= constante

P1T1

P2T2

=

P1 = 1.20 atm

T1 = 291 K

P2 = ?

T2 = 358 K

P2 = P1 x T2T1

= 1,20 atm x 358 K291 K

= 1,48 atm

EJEMPLO

PV = nRT

Densidad de los gases y masa molar.

ECUACIN DEL GAS IDEAL

El propileno es un producto qumico importante. Se utiliza en lasntesis de otros productos orgnicos y en la obtencin de plsticos.Un recipiente de vidrio pesa 40,1305 g limpio, seco y hecho alvaco; 138,2410 g cuando se llena con agua a 25,0 C ( = 0,9970g/cm3); y 40,2959 g cuando se llena con gas propileno a 740,3mmHg y 25,0 C. Cul es la masa molar del propileno?

EJEMPLO

Volmenes de gases en reacciones qumicas.

ECUACIN DEL GAS IDEAL

No existe una ley emprica de los gases que se enfoque en la relacin entre n y P!

El cambio de presin en el recipiente de reaccin puede ser utilizado para determinar cuntos moles de reactante gaseoso se han consumido.

reordenandoPV = nRT

La azida de sodio, NaN3, se descompone a alta temperaturaobtenindose N2(g). Con los dispositivos adecuados parainiciar la reaccin y retener al sodio metlico que se forma, estareaccin se utiliza en los sistemas de seguridad de bolsa de aire(air-bag). Qu volumen de N2(g), medido a 735 mmHg y 26C, se obtiene cuando se descomponen 70,0 g de NaN3?

2 NaN3(s) 2 Na(l) + 3 N2(g)

EJEMPLO

La ley de las presiones parciales de Dalton establece que la presin totalejercida por una mezcla de gases es la suma de las presiones parcialesejercidas por cada componente de la mezcla.

total i = P P

MEZCLAS DE GASES

Cada gas se comporta como si estuviese solo en el recipiente.

Presiones parciales y fracciones molares.

La fraccin molar (X) es unnmero adimensional queexpresa la relacin entre elnmero de moles de uncomponente y el nmero totalde moles de la mezcla.

MEZCLAS DE GASES

Una muestra de gas natural contiene 8,24 moles de CH4, 0,421 moles deC2H6, y 0,116 moles de C3H8. Si la presin total de los gases es de 1,37atm, Cul es la presin parcial del propano (C3H8)?

Pi = Xi PT

Xpropano = 0.116

8,24 + 0,421 + 0,116

PT = 1,37 atm

= 0,0132

Ppropano = 0,0132 x 1,37 atm = 0,0181 atm

EJEMPLO

Obtencin de gases sobre agua.

Cuando se colecta gas sobre agua, la presin total es la mezcla de la presin de vapor del agua y la presin de vapor del gas.

Ptotal = Pgas + PVH2O

MEZCLAS DE GASES

Una muestra de KClO3 se descompone parcialmente en KCl yO2. El O2 gaseoso se captura sobre agua en un dispositivocomo el de la diapositiva anterior. El volumen obtenido degas es 0,250 L a 26 C y una presin de 765 torr. a) Cuntosmoles de O2 se obtienen?, b) cuntos g de KClO3 sedescompusieron?. (PVH2O= 25 torr)

a) 9,22 x 10-3 mol O2

EJEMPLO

b) 8,11 g KClO3

TEORA CINTICA MOLECULAR

Los gases estn formados por partculas separadas enormemente encomparacin a su tamao. El volumen de las partculas del gas esdespreciable frente al volumen del recipiente.

Las partculas estn en movimiento continuo y desordenado chocandoentre s y con las paredes del recipiente, lo cual produce la presin.

Los choques son perfectamente elsticos, es decir, en ellos no se pierdeenerga (cintica).

La energa cintica media es directamente proporcional a latemperatura.

TEORA CINTICA MOLECULAR

La presin depende de la fuerza y la frecuencia con la que las molculas

chocan con las paredes.

La temperatura absoluta de un gas es una medida de la energa cintica

promedio de sus molculas.

EFUSIN Y DIFUSIN

La difusin es la mezcla gradualde las molculas de un gas conmolculas de otro gas en virtudde sus propiedades cinticas.

La efusin es el procesomediante el cual un gas bajopresin se escapa de uncompartimiento de uncontenedor a otro atravesandopor un pequeo orificio

Los gases reales solo cumplen laecuacin del gas ideal atemperaturas elevadas y apresiones bajas

GASES REALES

) (V nb) = nRTn2aV2

(P +

LA ECUACIN DE VAN DER WALLS

El ciangeno, un gas altamente txico, se compone de 46,2%de C y 53,8 % de N por masa. A 25 C y 751 torr, 1,05 g deciangeno ocupa 0,500 L. a) Determine la frmula moleculardel ciangeno. b) Prediga su estructura molecular. c) Predigala polaridad del compuesto.

a) C2N2

EJERCICIO

c) No polar

b) Lineal

Grfica de la ley Boyle-Mariotte

P [Pa]

V [m3]

isoterma

PV C

Grfica de la ley de Charles

P [Pa]

V [m3]

isobara V

TC

Grfica de la ley de Gay Lussac

P [Pa]

V [m3]

isoco

ra P

TC

P [Pa]

V [m3]

PV C

P

TC

V

TC1

2

3

PV PV

P

T

P

T

V

T

V

T

3 3 1 1

2

2

3

3

1

1

2

2

T C

V C

P C