Gases ideales y reales

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Grado Once Año lectivo 2014 Gases y química atmosférica 27/10/22 INSTITUCIÓN EDUCATIVA ALFONSO ZAWADZKY ÁREA DE CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL 1 Jhon Carlos Ceballos Docente del área de Química http://www.icfes.gov.co/examenes/saber-11o/segundo-semestre-2014

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Presentación sobre gases ideales, recursos y prácticas a realizar.

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Gases y química atmosférica

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Los gases• Vivimos en el fondo de un océano de aire cuya composición porcentual en volumen es

aproximadamente de 78% de N2, 21% de O2 y 1% de otros gases, entre los que se encuentra el CO2. En la década de 1990, la química de esta mezcla de gases vitales se volvió un tema muy relevante debido a los efectos perjudiciales de la contaminación ambiental.

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• Elementos que existen como gases a temperatura ambiente

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Los gases

Un gas es una sustancia que habitualmente se encuentra en estado gaseoso a temperaturas y presiones normales; un vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que sea un líquido o sólido a temperatura y presión normales. Por lo tanto, a 25°C y 1 atm de presión, se habla de vapor de agua y oxígeno gaseoso.

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• Algunas sustancias que se encuentran como gases a condiciones normales (CN) : 1 atmósfera de presión y 25 ⁰C

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Los gases• Todos los gases poseen las

siguientes características físicas:

• Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene.

• Se consideran los más compresibles de los estados de la materia.

• Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan en forma completa y uniforme.

• Cuentan con densidades mucho menores que los sólidos y líquidos.

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La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si fuere frío tendrá una temperatura menor.

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Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor.

Page 6: Gases ideales y reales

TemperaturaLa temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius.

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Escalas de temperaturaEl grado Celsius, (símbolo °C), es la unidad creada por Anders Celsius en 1742 para su escala de temperatura. El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala se establece entre las temperaturas de congelación y evaporación del agua, que son 32°F y 212°F, respectivamente.El kelvin (símbolo K), es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson (Lord Kelvin) en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C).

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Cero absolutoCoincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: a la temperatura de 0 K se la denomina cero absoluto y corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible.

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Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en Kelvin se le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.

Page 9: Gases ideales y reales

Condensado de Bose-EinsteinEn física, el condensado de Bose-Einstein es el estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental.

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Presión de un gas• Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entren en

contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Los humanos nos hemos adaptado fisiológicamente tan bien a la presión del aire que nos rodea, que por lo regular desconocemos su existencia, quizá como los peces son inconscientes de la presión del agua sobre ellos. ju

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Unidades del SI para la presión

• La velocidad se define como el cambio en la distancia en función del tiempo; es decir:

La unidad SI de velocidad es m/s, aunque también se utiliza cm/s.

• La aceleración es el cambio de velocidad en función del tiempo, o

La aceleración se mide en m/s2 (o cm/s2).

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Unidades del SI para la presión

• La segunda ley del movimiento, formulada por Sir Isaac Newton a finales del siglo XVII, define otro término, llamado fuerza, del cual se derivan las unidades de presión. De acuerdo con esta ley:

• La unidad SI de fuerza es el newton (N), donde 1 N = 1 kg m/s2)

• Por último, la presión se define como la fuerza aplicada por unidad de área:

• La unidad SI de presión es el pascal (Pa), que se define como un newton por metro cuadrado: 1 Pa = 1 N/m2

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Presión atmosférica

• Los átomos y las moléculas de los gases en la atmósfera, como el resto de la materia, están sujetos a la atracción gravitacional de la Tierra; por consiguiente, la atmósfera es mucho más densa cerca de la superficie de la Tierra que en altitudes elevadas. (El aire fuera de la cabina presurizada de un avión a 9 km de altura es muy ligero para ser respirado.) Las mediciones señalan que aproximadamente 50% de la atmósfera se encuentra dentro de 6.4 km de la superficie de la Tierra, 90% dentro de 16 km, Y 99% dentro de 32 km.

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Presión atmosférica• La presión atmosférica, como lo indica

su nombre, es la presión que ejerce la atmósfera de la Tierra. El valor real de la presión atmosférica depende de la localización, la temperatura y las condiciones climáticas. ju

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Presión atmosférica

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http://experimentoscaseros.net/2012/09/experimento-facil-y-sorprendente-sobre-presion-atmosferica/http://www.inventosyexperimentos.com/experimentos-sobre-presion-hidrostatica-experimentos-con-manometro/

Page 17: Gases ideales y reales

Presión atmosférica¿La presión atmosférica actúa sólo hacia abajo, como se podría inferir a partir de la definición? Imagine qué sucedería, entonces, si sostuviera firme una hoja de papel por encima de su cabeza (con ambas manos).

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Quizás esperaría que el papel se doblara debido a la presión de aire sobre éste, pero eso no ocurre. La razón es que el aire, al igual que el agua, es un fluido. La presión ejercida sobre un objeto en un fluido proviene de todas direcciones: de abajo y de arriba, así como de izquierda a derecha.

Page 18: Gases ideales y reales

Presión atmosférica• La presión atmosférica estándar (1 atm) es igual a la presión que soporta una

columna de mercurio exactamente de 760 mm (o 76 cm) de altura a 0 °C al nivel del mar. En otras palabras, la presión atmosférica estándar es igual a la presión de 760 mmHg, donde mmHg representa la presión ejercida por una columna de mercurio de 1 mm de altura. La unidad de mmHg también se llama torr, en honor del científico italiano Evangelista Torricelli, quien inventó el barómetro.

• 1 torr = 1 mmHg• 1 atm = 760 mmHg ( exactamente)

• La relación entre atmósferas y pascales es:

• 1 atm = 101 325 Pa• 1.01325 X 105 Pa

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Leyes de los gases

Las leyes de los gases son producto de incontables experimentos que se realizaron sobre las propiedades físicas de los gases durante varios siglos. Cada una de las generalizaciones en cuanto al comportamiento macroscópico de las sustancias gaseosas representa una etapa importante en la historia de la ciencia. En conjunto, tales generalizaciones han tenido un papel muy destacado en el desarrollo de muchas ideas de la química.

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Relación presión-volumen: ley de Boyle• La presión de una cantidad fija de un gas a temperatura constante es

inversamente proporcional al volumen del gas.

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Relación presión-volumen: ley de Boyle

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http://www.youtube.com/watch?v=KNXfOw0ga9k

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Relación temperatura-volumen: Ley de Charles• El volumen de una cantidad fija de gas mantenido a presión constante es

directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

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Relación temperatura-volumen: Ley de Charles

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Relación presión -temperatura: Ley de Gay Lussac• Para una cantidad de gas a volumen constante, la presión del gas es proporcional

a la temperatura

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Relación presión -temperatura: Ley de Gay Lussac

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http://www.youtube.com/watch?v=13DZJrVmKrM

http://www.youtube.com/watch?v=sAeaxCZEQ28

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Ley de Avogadro.• A presión y temperatura constantes, el volumen de un gas es directamente

proporcional al número de moles del gas presente.

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Ecuación del gas ideal• Es posible combinar las tres expresiones de las leyes antes vistas a una sola

ecuación maestra para el comportamiento de los gases:

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• donde R, la constante de proporcionalidad, se denomina constante de los gases. La ecuación conocida como ecuación del gas ideal, explica la relación entre las cuatro variables P, V, T y n. Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal. Las moléculas de un gas ideal no se atraen o se repelen entre sí, y su volumen es despreciable en comparación con el volumen del recipiente que lo contiene. Aunque en la naturaleza no existe un gas ideal, las discrepancias en el comportamiento de los gases reales en márgenes razonables de temperatura y presión no alteran sustancialmente los cálculos. Por lo tanto, se puede usar con seguridad la ecuación del gas ideal para resolver muchos problemas de gases.

Page 28: Gases ideales y reales

Ecuación del gas ideal• Antes de aplicar la ecuación del gas ideal a un sistema real, se debe calcular R, la

constante de los gases. A O°C (273 .15 K) y 1 atm de presión, muchos gases reales se comportan como un gas ideal. En los experimentos se demuestra que en esas condiciones, 1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 22.414 L, que es un poco mayor que el volumen de una pelota de baloncesto. Las condiciones de O °C y 1 atmósfera se denominan temperatura y presión estándar, y a menudo se abrevian TPE. Luego:

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Ecuación del gas ideal• La ecuación del gas ideal es útil para resolver problemas que no implican cambios en P,

V, T y n de una muestra de gas. Por lo tanto, si se conocen tres variables se puede calcular la cuarta mediante la ecuación. Sin embargo, a veces es necesario trabajar con cambios de presión, volumen y temperatura, o incluso, de cantidad del gas. Cuando cambian las condiciones, se debe emplear una forma modificada de la ecuación del gas ideal que toma en cuenta las condiciones iniciales y finales. Esta ecuación se obtiene del modo siguiente:

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• Y si el número de moles es constante:

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Cálculos de densidad

• Si se reacomoda la ecuación del gas ideal, se puede calcular la densidad de un gas:

• El número de moles del gas, n, está dado por:

• donde m es la masa del gas en gramos y es su masa molar. Por lo tanto:

• Dado que la densidad, d, es la masa por unidad de volumen, se puede escribir:

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Ley de Dalton de las presiones parciales

• La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo.

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Contaminación atmosférica

• http://www.naturgaia.net/peliculas/contaminacion_atmosferica.swf• http://ntic.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2008/explorando_cambio_

climatico/index.html.

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