LOS GASES y SUS LEYES

El Aire que respiramos, está compuesto de:• 78% N2

• 21% O2

• 1% de otros gases

Elementos que son gases en condiciones normales depresión y temperatura• H2, N2, O2, F2, Cl2, O3.• Gases Nobles del grupo 8A, en estado monoatómico• CO, CO2, NH3, NO2, H2S.

Tipos de Gases

Un gas, es una sustancia que habitualmente seencuentra en estado gaseoso, en condiciones normales deT y P (25°C y 1 atmósfera (atm)).

Presión que ejerce la atmósfera de la tierra. Su valorreal depende de la localización, temperatura, ycondiciones climáticas.

La presión se define como una fuerza aplicada por unidadde área:

Presión = fuerzaárea

y en el SI la unidad de medición es el pascal (Pa)1 Pa = 1 N

m2

La Presión atmosférica:

El Barómetro:

El peso de Hg que permanece en eltubo, se conserva por la presiónatmosférica que actúa sobre lasuperficie del Hg en el recipiente

La presión atmosférica estándar (1 atm), es igual a la presión quesoporta una columna de mercurio de 760 mm de altura a 0°C al niveldel mar

Presión atmosférica estándar = presión de 760 mm Hg1 atm = 760 mm Hg

760 torr (1mm Hg = 1 torr)

El Manómetro:

Dispositivo para medir gasesdistintos de los de la atmósfera

Leyes de los Gases

Ley de Boyle:

P 1 P = k1 x 1 PV = k1

V VPara una muestra de gas bajo dos condiciones distintas aT y n Cte:

P1 V1 = P2 V2

Ley de Charles y Gay-Lussac

A una P constante, el volumen deun gas se expande al calentarse, yse contrae al enfriarse

A cualquier P, la grafica entre V y T° es una línea recta, al extendera volumen 0, el intercepto corta en -273,15°C.

Lord Kelvin en 1848 identificó este valor como el cero absoluto,desarrollando la escala de t° absoluta en °K

-273,15 °C = 0 °K 0 °C = 273,15 °K

V T V = k2 x T V = k2

TEl volumen de una cantidad fija de gas a P cte, es directamenteproporcional a la T absoluta del gas.

Para una muestra dada de gas bajo dos condiciones distintas de V y T,a P y n constante

V1 = V2

T1 T2

P T P = k3 x T P = k3

TLa presión de una cantidad fija de gas a V cte, es directamenteproporcional a la T.

Para una muestra dada de gas bajo dos condiciones distintas de P y T,a V y n constante

P1 = P2

T1 T2

Ley de Avogadro:

Estableció que a la misma T y P, volúmenes iguales de diferentesgases, contienen el mismo número de moléculas (o átomos si el gases monoatómico)

V n V = k4 x n

Por lo tanto a P y T ctes, el volumen de un gas es directamenteproporcional al número de moles

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)

3 mol 1 mol 2 mol

Combinando las tres leyes donde:Boyle : V 1

PCharles: V T

Avogadro: V n

Tenemos V nT V = RnTP P

Finalmente PV = nRT R = 0,0821 (L atm/ °K mol)

1 mol de un gas ideal, ocupa un volumen de 22,4 L en condicionesestándar de presión y temperatura (1 atm y 0°C)

Cuando cambian las condiciones en un sistema, debemos emplear unaforma modificada de la ecuación del gas ideal, que considere lascondiciones iniciales y finales.

R = P1 V1 (antes del cambio)n1 T1

R = P2 V2 (después del cambio)n2 T2

P1 V1 = T1

P2 V2

T2

Una pequeña burbuja se eleva desde el fondo de un lago donde T=8°C y P= 6,4 atm, hasta la superficie del agua, donde T= 25°C y P= 1atm. Calcule V final de la burbuja en mL, si su V inicial era 2,1 mL.

P1 V1 T2 = V2 6,4 atm x 2,1 mL x 298 °K = 14 mLT1 P2 281 °K x 1 atm

Si acomodamos la ecuación del gas ideal, podemos calcular directamente ladensidad de un gas:

n = PV RT

El número de moles n está dado por:n = m

MMPor lo tanto:

m = P entonces la densidad sería d = m = P MMMM V RT V R T

Densidad de Gases

Para calcular la MM de un gas, es solo acomodar la ecuación ydespejar esta incógnita

MM = d R T P

Ejercicios:

1. Calcules la densidad del CO2, a 0,999 atm y 55 °C

2. Se ha sintetizado un compuesto gaseoso cuya densidad es 7,71g/L a 36°C y 2,88 atm. Calcule su MM

3. El análisis de un compuesto gaseoso mostró que contiene enmasa 33,0% de Si y 67% de F. A 35°C, 0,210 L del compuestoejercen una presión de 1,70 atm. Si la masa de 0,210 L de gasfue 2,38 g, calcule la fórmula molecular del compuesto.

Si = 28,09 g/mol F = 19,00 g/mol

Establece que el volumen

de cierta masa de gas es

inversamente

proporcional a la presión

a una temperatura

constante.

P1 • V1 = P2 • V2

Ley de Boyle

Establece que el

volumen de un gas es

directamente

proporcional a la

temperatura a presión

constante.

Ley de Charles

Establece que la presión de

cierta masa de gas es

directamente proporcional a

la temperatura a volumen

constante.

Ley de Gay-Lussac

P • V = n • R • TDonde

P = Presión (atm)

V = Volumen (L)

n = MoL

R = Constante de los gases ideales

0,082 atm L/moL ºK

T = Temperatura (ºK)

Ley de Gases Ideales

PA = XA PT

XA + XB nA

(nA + nB) =

nB

(nA + nB)+

1=

PB = XB PT

La fracción molar es una cantidad adimensional que

expresa la relación del número de moles de todos los

componentes presentes.

Fracción molar

Estequiometríade Gases

Cuando en una reacción química los reactivos, productos, o ambosson gases, también podemos emplear las relaciones entrecantidades en moles (n) y volumen (V), para resolver el problema.

Calcule el volumen de O2 en litros requerido para la combustióncompleta de 7,64 L de acetileno (C2H2), a la misma temperatura ypresión.

2C2H2(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + 2H2O(l)

“de acuerdo a la ley de Avogadro, a la misma T y P el número de molesde gases es directamente proporcional a su volumen”

2L C2H5 7,64 L 5L O2 X

X = 19,1 L de O2

Cantidad de Reactivos

(gramos o volumen)

Moles de reactivos

Moles de productos

Cantidad de Productos

(gramos o volumen)

La azida de sodio (NaN3) se usa en bolsas de aire de algunos automóviles.Un impacto por colisión, genera N2 gaseoso que infla rápidamente labolsa de airbag. Calcule el volumen de N2 producido a 80°C y 823 mmHg,por la descomposición de 60,0 g de NaN3.

NaN3(s) Na(s) + N2(g)

Ley de Dalton

En todos los casos que implican mezclas de gases, como por ejemplo lacontaminación del aire; la presión total del gas se relaciona con laspresiones parciales, es decir, las presiones de los componentesindividuales en la mezcla.

La presión total en una mezcla de gases, es la suma de las presiones quecada gas ejercería si estuviera solo.

Para observar como se relaciona cada presión parcial con la presión totalse considera lo siguiente:

PA = XA (fracción molar del gas A)PT

PB = XB (fracción molar del gas B)PT

La fracción molar (Xy) es una cantidad adimensional, que expresa larelación de moles de uno de los componentes en la mezcla, con respectoal número de moles de todos los componentes. Siempre su valor es menorque 1.

Entonces Pi = Xi PT

Una mezcla de gas natural contiene 8,24 moles de metano (CH4), 0,421moles de etano (C2H6), y 0,116 moles de propano (C3H8). Si la presióntotal de los gases es 1,37 atm. ¿cuáles son las presiones parciales de losgases?