Gases ideales - Alfonso

8/7/2019 Gases ideales - Alfonso

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PROPIEDADES TRMICAS DE LA

MATERIA

GASES IDEALES Y LEY BOYLE.

LEY DE GAY-LUSSAC.

POR ALFONSO AVELAR MARTINEZ


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Objetivos:

Aplicar la relacin entre el volumen y la presin de un gas a temperaturaconstante (Ley de Boyle).

Relacin entre el volumen y la temperatura de un gas en condiciones depresin constante(Ley de Charles).

Aplicar la relacin entre la temperatura y la presin de un gas en condicionesde volumen contante.

Ley general .

Ley general de los gases para resolver problemas que incluyan cambios de

masa, volumen, presin y temperatura de los gases.

Definir los conceptos presin de vapor ,punto de roci y humedad relativa yas poder aplicarlos en algunos problemas.


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Existen cuatro cantidades medibles que nos interesan en esteconcepto de propiedades trmicas de la materia y son estas:

*presin

*volumen

*temperatura de los gases

*Masa de una muestra

Todas estas variables, en conjunto, determinan el estado de una

determinada muestra de materia. dependiendo de su estado, la

materia puede existir una fase lquida, slida y gaseosa. Por lo tanto,es importante distinguir entre los trminos estado y fase.


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GASES IDEALES


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En un gas la molculas indivisibles estn distantes entre si, las fuerzas decohesin que existen entre ellas son generalmente pequeas.

Las estructura molecular de diferentes gases puede variar en forma

considerable, su comportamiento casi no se ve afectado por el tamao de

las molculas individuales,

Una cantidad grande de gas recluida est en un volumen reducido, el

volumen ocupado por las molculas todava resulta ser una fraccin

minscula del volumen total.

Una de las mas tiles generalizaciones respecto a los gases es el concepto

del gas ideal, cuyo comportamiento no se ve afectado en lo absoluto por la

fuerzas de cohesin o volmenes moleculares.


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Por consiguiente, las observaciones experimentales de gran numerode gases reales puede conducir a la deduccin de las leyes fsicas

generales que rigen su comportamiento trmico.

El grado en el que cualquier gas real obedece estas relaciones estasdeterminado por el grado en que se aproxima el gas ideal.

Las primeras mediciones experimentales del comportamiento trmicode los gases fueron realizadas por Robert Bolyle (1667-1691). El llevoa cabo un estudio exhaustivo de los cambios en el volumen de losgases como resultado de cambios de presin.

En 1660,Boyle demostr que el volumen de un gas es inversamente

proporcional a su presin. En otras palabras, cuando se duplica elvolumen, la presin disminuye a la mitad de su valor original. Por ellose amerita con el nombre de ley de Boyle.


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Robert Boyle

(1627-1691) Qumico ingls, nacido en Irlanda. Pionero de laexperimentacin en el campo de la qumica, en particular enlo que respecta a las propiedades de los gases, losrazonamientos de Robert Boyle sobre el comportamiento dela materia a nivel corpuscular fueron los precursores de lamoderna teora de los elementos qumicos. Fue tambin unode los miembros fundadores de la Royal Society de Londres.

De 1656 a 1668 trabaj en la Universidad de Oxford como

asistente de Robert Hooke, con cuya colaboracin cont enla realizacin de una serie de experimentos queestablecieron las caractersticas fsicas del aire, as como elpapel que ste desempea en los procesos de combustin,respiracin y transmisin del sonido.

En la segunda edicin de esta obra (1662) expuso la famosapropiedad de los gases conocida con el nombre de ley de

Boyle-Mariotte, que estableceque el volumen ocupado por un gas (hoy se sabe que

esta ley se cumple nicamente aceptando un terico

comportamiento ideal del gas), a temperatura constante,

es inversamente proporcional a su presin.


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Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de gas

se mantengan constantes, el volumen de dicho gas es

inversamente proporcional a su presin absoluta.


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Otra forma de enunciar la ley de Boyle consiste en decir que el producto de lapresin (P) de un gas por su volumen (V) ser constante, mientras no cambie latemperatura.

Considerando el caso de un cilindro cerrado provisto de un embolo mvil, elestado inicial del gas de describe por medio de su presin P1 y de su volumenV1. si el embolo presiona hacia abajo hasta que llegue a la nueva posicin ,supresin se incrementara a P2 mientras su volumen disminuye a V2.


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Cuando se comprime un gas a temperatura constante, el producto de supresin por su volumen es constante;

P1V1 = P2V2Muestra que la presin de un gas ideal varia inversamente a su volumen.


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Si el proceso ocurre sin que cambie la temperatura, La ley de

Boyle revela que:

P1V1=P2V2 con m y T constantes.

Explicado de otra manera, el producto de la presin por el

volumen en el estado inicial es igual al producto de la presin

por el volumen en el estado final. La presin P debe ser lapresin absoluta y no la presin manomtrica.


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Ejemplo.

Qu volumen de gas hidrogeno a presin atmosfrica se requiere para

llenar un tanque de 5000 cm 3 bajo presin manomtrica de 530 kPa ?

Solucin.

La presin atmosfrica es de 101.3 kPa absolutos. Por lo tanto, laspresiones absolutas iniciales y finales son:

P1 = 101.3 kPa P2 = 530kPa + 101.3 kPa = 631 k Pa

El volumen final V2 es 5000 cm3.P1V1 = P2V2

(101.3k Pa) V1 = (631 kPa) (5000 kPa)

V1 = 31 100 cm3


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No fue necesario para las unidades de presin ser congruentescon las unidades de volumen. Ya que Py Vaparecen en los dos

lados de la ecuacin, nicamente es necesario elegir las mimas

unidades para la presin. Las unidades para el volumen sern

entonces las unidades sustituidas para V2.

Cualquier gas real se volver liquido antes de que su volumen

llegue a cero. Pero la relacin directa es una aproximacin

valida para la mayora de los gases que no estn sujetos a

condiciones extremas de temperatura y de presin.


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Jacques Alexandre Csar Charles

(Beaugency, Francia, 1746 - 1823)Fsico y qumico francs. Profesorde fsica en el Conservatorio deArtes y Oficios de Pars, en 1783,conjuntamente con los hermanosRobert, construy el primer globopropulsado por hidrgeno, capaz de

alcanzar altitudes superiores a unkilmetro. En 1787 descubri larelacin entre el volumen y latemperatura de un gas a presinconstante, aunque hasta 1802 nopublic sus resultados, quepasaran a ser conocidos como: leyde Charles y Gay-Lussac. En 1795fue elegido miembro de laAcademia de las Ciencias.


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Mientras la masa y la presin de un gas se mantengan, el volumen de dicho

gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.


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En 1787, Jack Charles estudi por primera vez la relacin entreel volumen y la temperatura de una muestra de gas a presinconstante y observ que cuando se aumentaba la temperaturael volumen del gas tambin aumentaba y que al enfriar elvolumen disminua.

El volumen es directamente proporcional a la temperatura delgas:

Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.

Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.


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Si se usa subndice 1 para

referirnos al estudio inicial

de un gas y el subndice 2para referirnos a su estado

final, se obtiene el

enunciado matemtico de la

ley de Charles.

V1/T1 = V2/T2

Con m y P como constantes

En esta ecuacin V1 se

refiere al volumen de un gasa la temperatura absoluta

T1 yV2 es el volumen final

de la misma muestra de gas

cuando su temperatura

absoluta es T2.

1

1

T

V


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Ejemplo :

Un globo grande lleno de aire tiene un volumen de 200 litros a 0C. Cul ser su

volumen a 57C si la presin no cambia?Solucin.

La ley de Charles se aplica tan solo para temperaturas absolutas, as que primero es

convertir las temperaturas proporcionadas como datos a klvins.

T1 = 273 K T2 = 57 + 273 = 330 K

Sustituir en la ecuacin y despejar V2.

V1/T1=V2/T2

200litors/273 K = V2/330K

V2=(200litors)(330K)/273K = 242litros


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LEY DE GAY-LUSSAC

Las tres cantidades que determinan el estado de una masa

dada de gas son su presin, volumen y temperatura. La ley de

Boyle se ocupaba de los cambios de presin y de volumen atemperatura constante, y la ley de Charles se refera al volumen

y temperatura bajo presin constante. La variacin de presin

como funcin de la temperatura se describe en la ley atribuida a

Gay-Lussac.


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Joseph-Louis Gay-Lussac(Saint-Lonard-de-Noblat, Francia, 1778-

Pars, 1850) Fsico francs.En 1802 observ que todos los gases se

expanden una misma fraccin de volumen

para un mismo aumento en la temperatura,

lo que revel la existencia de un coeficiente

de expansin trmica comn que hizo

posible la definicin de una nueva escala de

temperaturas, establecida con posterioridadpor lord Kelvin.

En 1804 efectu una ascensin en globo

aerosttico que le permiti corroborar que

tanto el campo magntico terrestre como la

composicin qumica de la atmsfera

permanecen constantes a partir de una

determinada altura.E

n 1808, enunci la leyde los volmenes de combinacin que lleva

su nombre, segn la cual los volmenes de

dos gases que reaccionan entre s en

idnticas condiciones de presin y

temperatura guardan una relacin sencilla.


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Si el volumen de una muestra de gas permanece constante, la presinabsoluta de dicho gas es directamente proporcional a su temperaturaabsoluta.


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E

sto significa que si se duplica la presinaplicada al gas, su temperatura absolutase duplicara tambien.La ley de Gay-Lussacen forma de ecuacin puede escribirse

como:P1/T1 = P2/T2

con m y V como constantes


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Ejemplo :

El neumtico de un automvil se infla a una presin manomtrica de30lb/in2 en un momento en que la presin de los alrededores es de

14.4lb/in2 y la temperatura es de 70F. despus de manejarlo ,latemperatura del aire del neumtico aumenta a 100F.el volumen de gascambia solo ligeramente, Cul es la nueva presin manomtrica en elneumtico?

Solucin :

La ley de Gay-Lussac se aplica a volumen constante, pero primero esconvertir a presin absoluta y a temperatura absoluta.

P1 = 30llb/in2 + 14.4lb/in2 = 44.4lb/in2

T1=70+ 460 = 530R T2=100 +460 = 560R

calcular la nueva presin P2 .

P1/T1=P2/T2 44.4lb/ni2/530R = P2/560R

P2=(44.4lb/ni2)(560R)/530R= 46.9 lb/in2

46.9 lb/ni2 es la presin absoluta. La presin mano mtrica ser de 14.4lb/in2 menos.

Presin manomtrica = 46.9 lb/ni2 14.4 lb/ni2 = 32.5 lb in2


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BIBLIOGRAFAS

Paul E. Tippens Fsica, conceptos y aplicaciones McGraw-Hill Interamericana. 2001. Mxico

Num.de paginas totales.995

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http://www.google.com.mx/search?hl=es&q=ley+Boyle&aq=f&aqi.com

http://www.biografiasyvidas.com/biografia.com


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