Leyes de los Gases.pdf

Prof. y Lic. Jos Lobo Gmez

LOS GASES Un gas tiende a ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, ya que sus molculas poseen energa cintica y no hay fuerzas de atraccin entre ellas. En consecuencia los gases no tienen forma ni volumen propios y son compresibles, es decir que el volumen que ocupan se modifica con los cambios de presin. Muchas veces se emplea como sinnimos las palabras vapor y gas, pero hay que diferenciarlas ya que son dos conceptos diferentes: el gas es una sustancia que a presin normal y a temperatura ambiente, se encuentran en estado gaseoso (por ejemplo el oxgeno); y el vapor es la forma gaseosa de una sustancia que a temperatura ambiente es un lquido o un slido (por ejemplo el agua). En el estado gaseoso una variacin en la presin o la temperatura, o en ambas a la vez, modifica su volumen. Por ello, se han desarrollado leyes que relacionan estas variables, en base a las experiencias en laboratorio realizadas. En los gases, estas variables incluyen la presin (p), el volumen (V) y la temperatura (T).

UNIDADES DE PRESIN Las molculas de gas se estn en continuo movimiento, chocando con el recipiente que las contiene y entre s. Al chocar, ejercern una presin La unidad de presin en el SI es el Pascal ( Pa), que se define como Newton por metro cuadrado ( N/m2). En qumica se expresa la presin en relacin con la presin medida del aire que se toma como unidad y que se denomina atmsfera normal o bien su equivalente a 760 mmHg.

1 atm = 760 mmHg = 101.325 Pa = 1013,25 hPa

La unidad mmHg con frecuencia se llama torr en honor a Torricelli.

LEY DE BOYLE- MARIOTTE En el ao 1660, el qumico ingles Robert Boyle realizo una serie de experiencias que relacionaban el volumen y la presin de un gas, a temperatura constante. Boyle observo que cuando la presin aumentaba el volumen se reduca y, a la inversa, que cuando disminua la presin, el volumen aumentaba. Esto tambin fue observado por otro cientfico Mariotte. De esta manera la ley de Boyle- Mariotte establece que: El volumen de una determinada masa de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presin del gas. La expresin matemtica de la ley es: P. V = K

P1. V1 = P2. V2

T = Constante

Problemas de Aplicacin 1 -- 20 litros de un gas soportan una presin de 760 mmHg.Qu presin deber ejercerse para que su volumen se reduzca a 5 litros, mantenindose constante la temperatura?2 -- La presin del nitrgeno gaseoso en un tanque de 12 lts a 27C, es de 15,646 atm.Qu volumen ocupar a 4 atm de presin , si la temperatura permanece constante?3 -- Una masa gaseosa ocupa un volumen de 500 Lts a 5 atm de presin y 20C de temperatura. Cul ser su volumen a la presin de 2,4 atm, si se mantiene constante la temperatura? 4 -- El volumen de un gas es de 12 Lts a 17C y a 740 mmHg. Si el volumen aumenta a 4 L y mantiene la temperatura constante Qu

LAS LEYES DE CHARLES Y GAYLos cientficos Charles y Gay Lussac estudiaron la la temperatura cuando se mantiene constante el volumen; y entre el volumen y la temperatura, cuando es constante la presin, sin variar la masa del gas.En 1787 el fsico francs Charles observo que el volumen de un gconstante, disminua a medida que bajaba la temperatura. La ley que reflejaba esto se conoce como ley de Charlesmasa gaseosa, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Luego de varios experimentos, constante, la presin aumenta con el incremento de temperatura. ley de Gay Lussac: A volumen constante, la presin de una determinada masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta

Los envases de los aerosoles suelen tener la leyenda: No arrojar al fuego. Esto es segn la ley de Charles, seala que un aumento de la temperatura, a volumen constanteproduce un aumento de la presin en el interior del envase y lo hara explotar.

V1 = K T1

V1 = V2 T1 T2

P1 = P2 T1 T2

P = Constante

V = Constante

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de Aplicacin de un gas soportan una presin de 760 mmHg.Qu presin deber ejercerse

para que su volumen se reduzca a 5 litros, mantenindose constante la temperatura?La presin del nitrgeno gaseoso en un tanque de 12 lts a 27C, es de 15,646 atm.Qu

ocupar a 4 atm de presin , si la temperatura permanece constante?Una masa gaseosa ocupa un volumen de 500 Lts a 5 atm de presin y 20C de

temperatura. Cul ser su volumen a la presin de 2,4 atm, si se mantiene constante la

volumen de un gas es de 12 Lts a 17C y a 740 mmHg. Si el volumen aumenta a 4 L y constante Qu presin se esta ejerciendo sobre el gas?

LAS LEYES DE CHARLES Y GAY-LUSSAC Los cientficos Charles y Gay Lussac estudiaron la relacin que existe entre la presin y la temperatura cuando se mantiene constante el volumen; y entre el volumen y la temperatura, cuando es constante la presin, sin variar la masa del gas.En 1787 el fsico francs Charles observo que el volumen de un gconstante, disminua a medida que bajaba la temperatura. La ley que reflejaba esto se

ley de Charles: A presin constante, el volumen de una determinada masa gaseosa, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Luego de varios experimentos, Gay Lussac llego a la conclusin de que a volumen constante, la presin aumenta con el incremento de temperatura. Esto se conoce como

volumen constante, la presin de una determinada masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Los envases de los aerosoles suelen tener la leyenda: No arrojar al fuego. Esto es segn la ley de Charles, seala que un aumento de la temperatura, a volumen constanteproduce un aumento de la presin en el interior del envase y lo hara explotar.

y Lic. Jos Lobo Gmez

de un gas soportan una presin de 760 mmHg.Qu presin deber ejercerse para que su volumen se reduzca a 5 litros, mantenindose constante la temperatura?

La presin del nitrgeno gaseoso en un tanque de 12 lts a 27C, es de 15,646 atm.Qu ocupar a 4 atm de presin , si la temperatura permanece constante?

Una masa gaseosa ocupa un volumen de 500 Lts a 5 atm de presin y 20C de temperatura. Cul ser su volumen a la presin de 2,4 atm, si se mantiene constante la

volumen de un gas es de 12 Lts a 17C y a 740 mmHg. Si el volumen aumenta a 4 L y presin se esta ejerciendo sobre el gas?

relacin que existe entre la presin y la temperatura cuando se mantiene constante el volumen; y entre el volumen y la temperatura, cuando es constante la presin, sin variar la masa del gas. En 1787 el fsico francs Charles observo que el volumen de un gas, a presin constante, disminua a medida que bajaba la temperatura. La ley que reflejaba esto se

: A presin constante, el volumen de una determinada masa gaseosa, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

a la conclusin de que a volumen Esto se conoce como

volumen constante, la presin de una determinada masa gaseosa

Los envases de los aerosoles suelen tener la leyenda: No arrojar al fuego. Esto es as porque, segn la ley de Charles, seala que un aumento de la temperatura, a volumen constante, produce un aumento de la presin en el interior del envase y lo hara explotar.


TEMPERATURA ABSOLUTA Es costumbre medir la temperatura en escala Celsius. Por ejemplo se dice que el agua hierve a 100C, que solidifica a 0 C, etc. Los fsicos para no trabajar con temperaturas negativas, utilizan la escala Kelvin o absoluta. En esta escala se toma como cero absoluto a la temperatura de 273C que corresponde a la ausencia total de calor y no habra temperatura inferiores a ese valor

K = C + 273

Otra escala es la de Fahrenheit, en esta escala se asigna al punto de solidificacin del agua un valor de 32 grados y al de ebullicin un valor de 212 grados, el espacio entre estos dos valores se divide en 180 partes, cada uno de los cuales corresponde a 1F.

F = 9/5 C + 32

Problemas:

1- Un volumen gaseoso de un litro es calentado a presin constante desde 18 C hasta 58C, qu volumen final ocupar el gas?

2- Un gas ocupa un volumen de 100 Lts a la temperatura de 25C y a la presin de 2 atm.Cul ser su volumen a la temperatura de 100C, si la presin se mantiene constante?

3- Una masa gaseosa a 32 C ejerce una presin de 1 8 atm, si se mantiene constante el volumen, qu aumento sufri el gas al ser calentado a 52 C?.

4- Si 100 cm3 de oxgeno a 27C, se calientan hasta 100C.Qu volumen ocupara si el proceso se realiza a presin constante?

5- Calcular la presin que soporta un gas a 27C, si a 0C la presin es 3 atm? 6- El volumen de un globo es de 6,5 Lts a una temperatura de 20C a 1 atm de presin. Cul

es el volumen del globo si se disminuye la temperatura a 7C, y se mantienen constante la presin?

7- Un tanque de acero contiene Oxigeno gaseoso a 20C y a una presin de 8 atm. Calcula la presin interna del gas, si el gas se enfra hasta 4C.

8- Un recipiente puede resistir hasta 6 atm, se lo llena a la presin de 1 atm y a 27C y luego se lo cierra. Una vez cerrado se lo calienta Hasta que temperatura se lo puede calentar sin que el recipiente estalle?

9- Un gas a 18 C y 750 mm de Hg ocupa un volumen d e 150 cm3, cul ser su volumen a 65 C si se mantiene constante la presin?

PREGUNTAS TEORICAS 1 --Cuando se conduce un coche cierta distancia, la presin del aire en los neumticos aumenta.Por qu? Explique esto 2 -- Un grupo de alpinistas viajo en auto desde el nivel del mar hasta las montaas para escalar. Al llegar descubrieron que las bolsas de papas fritas que traan se haban reventado Qu causo esto?


ECUACIN GENERAL DE LOS GASES Por medio de la ecuacin general de los gases se puede relacionar las tres variables ( V, T y P). Si una masa gaseosa ocupa un volumen V0, a la presin P0 y a la temperatura T0. Si se produce una variacin en la presin sin que se modifique la temperatura y a continuacin se modifica la temperatura sin que variara la presin

La ecuacin general de los gases relaciona simultneamente volumen, presin y temperatura.

CONDICIONES NORMALES DE TEMPERATURA Y DE PRESIN (CNT Y P) Al trabajar con gases es til emplear un conjunto de condiciones de temperatura y presin, que se establezcan como referencia. Estas condiciones, conocidas como temperatura y presin normales, o simplemente CNT y P, son 0C (273K) y 1 atm.

Problemas

1-- Una masa de hidrgeno en condiciones normales ocupa un volumen de 50 litros, cul es el volumen a 35 C y 720 mm de Hg?

2 -- En un laboratorio se obtienen 30 cm3 de nitrgeno a 18 C y 2 atm Hg de presin, se des ea saber cul es el volumen en condiciones normales de temperatura y presin (CNT y P)

3 -- Un gas ocupa un volumen de 50 ml a 25C de temperatura y a 4 atm de presin Cual ser su volumen si se lo somete a una presin de 3 atm y simultneamente se eleva la temperatura a 40C?

4 -- Si 10 L de oxgeno estn a 30C y 2 atm, calcular que presin soportara cuando el volumen sea de 2 L y a la temperatura de 20C.

5 -- El volumen de un gas a 17C y a 1400 mmHg es de 1400 cm3. Calcula su volumen en condiciones normales de temperatura y de presin

6 -- El volumen de un gas a 18C y a 2 atm de presin es de 17 L. Qu volumen ocupar a 27C y 1 atm de presin?

7 -- Cul ser la presin que adquiere una masa gaseosa de 200 cm3 si pasa de 30 C a 70C y su presin inicial es de 740 mm de Hg y el volumen permanece constante?.

8 -- Inicialmente la presin de un neumtico de 20 dm3 de capacidad, a 27C es de 2.000 hPa. Luego de cargar el vehculo por compresin el volumen disminuye a 18 dm3, luego de rodar cierto tiempo su temperatura aumenta debido al rozamiento, a 47C. Cual es la presin final?

ECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES La relacin PV/T para un mol de molculas de cualquier gas en condiciones normales de temperatura y de presin, ocupa un volumen de 22,4 L, es constante y y se la representa con la letra R (constante de los gases perfectos) La expresin de la ley de los gases ideales ms usada:

P1. V1 = P2. V2 T1 T2


P V = n R T donde n es el nmero de moles de la muestra gaseosa considerada y R es la llamada constante de los gases perfectos igual a:

0,082 atm L/K mol.

n = . m . Donde: m = Masa ( g) MM MM = Masa Molecular ( g/mol)

Problemas 1 -- Qu volumen ocupa, a 27C, 10 moles de H2 a 2 atm de presin? 2 -- Qu presin ejerce 16 g de oxgeno gaseoso (O2) en un recipiente de 10 L de capacidad y

a la temperatura de 30C? 2 Calcular que volumen ocupara 1 mol de molculas de oxgeno gaseoso a la temperatura de

25C y a la presin de 3 atm? 3 Si 7 moles de un gas, ocupan un volumen de 32 litros a 150C Cul es la presin del gas? 4 -- A que temperatura deben calentarse 10 g de hidrgeno gaseoso (H2) contenidos en un

recipiente de 30 L para mantener su presin en 148 mmHg? 5 Calcule cuantos gramos de oxigeno gaseoso hay en 200 L a 30C y a 3 atm de presin 6 Un recipiente de 5 L de capacidad contiene 14 gramos de N2, a la temperatura de 127C.

Calcular la presin del gas

Clculos de densidad, masa y masa molecular

Densidad: Masa: Masa Molecular:

Problemas de Aplicacin 1- Un cilindro contiene 6.000 L de Argon, se encuentra sometido a 5 atm de presin y a 20C Que masa del gas noble esta contenida en el cilindro? 2- La Masa Molecular del Helio es de 4 g/mol. Cual ser la densidad a 17C y 740 mmHg? 3- Si 5,25 g de cierto gas ocupan 650 mL a una presin de 2 atm y a una temperatura de 25C. Cul es la masa molecular del gas? 4- 200 L de N2 (MM: 28 g/mol) se hallan en un recipiente a la presin de 3 atm y a 27C. Cual es su masa? 5- La densidad de un gas, en CNT y P es de 2,857 g/L. Cual es la masa molecular del gas? 6- Que volumen ocupan a 27C, 20,16 g de H2 (MM: 2,016 g/mol) a 2 atm de presin?

P V = m R T MM

D = m = P . MM V R. T

m = P . V . MM R. T

MM = R . T . m P. V


Ley de Dalton de las presiones parciales Como todos los gases ideales se comportan de la misma manera, el volumen que va a ocupar cualquier gas en las mismas condiciones de P y T depende solamente del nmero de moles, o lo que es lo mismo del nmero de molculas. Si se tiene una mezcla de gas A y gas B, no importa de qu gas sean las molculas, solamente importa el nmero total de ellas. La ecuacin general se transforma en:

P. V = (nA + nB). R . T.

Pasando de trmino el volumen y aplicando propiedad distributiva se llega a: Pt = (nA + nB) . R .T / V

La presin total Pt es la suma de las presiones de de las presiones parciales de un gas en una mezcla.

Pt = PA + PB

Vemos que la presin total es igual a la suma de las presiones parciales de todos los gases que componen la mezcla. Esta es la ley de Dalton de las presiones parciales. Cuando se resuelve un problema de mezcla de gases hay dos caminos posibles.

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