Propiedades generales de los gasesEstado Gaseoso

A nivel submicroscópico o molecular:

1. Poseen alta entropía (alto grado de desorden molecular) debido a que las fuerzas de repulsión (Fr) o fuerzas de desorden predominan sobre las fuerzas de atracción o cohesión (Fa)2. Poseen grandes espacios intermoleculares, las moléculas de un gas están muy separadas. Así por ejemplo a 25°C y 1 atm de presión, sólo el 0,1% del volumen que ocupa el gas está ocupado por las propias moléculas, el 99,99% es espacio vacío.3. Poseen alta energía cinética molecular, puesto que las moléculas se mueven muy rápido. A 25°C las velocidades moleculares de los gases varían entre 200 á 2000 m/s (600 á 6000 Km/h)

A nivel macroscópico o estadístico:

Los gases poseen las siguientes propiedades únicas que los caracterizan:

• Compresibilidad: la capacidad de reducir su volumen ante la acción de la presión (una fuerza externa).

• Elasticidad: la habilidad de recuperar volumen ante la supresión de una presión externa.

Capacidad de Difusión: la expansión de un gas a través de todo el volumen de su contenedor

•Dilatabilidad: el incremento en volumen ante un aumento en temperatura.

Estas propiedades de los gases se deben a su composición, su comportamiento y a cuatro importantes factores – la presión (P), la temperatura (T), el volumen (V) y el número de moles (n).

Son propiedades que se miden o determinan para un conjunto de moléculas.

1. Comprensibilidad: El volumen de un gas se puede reducir fácilmente mediante la acción de una fuerza externa. Esta propiedad de los gases se explica debido a la existencia de grandes espacios intermoleculares.

¿Es posible comprimir un gas hasta que su volumen sea cero, aplicando una fuerza muy grande?

Nunca. Si la fuerza es muy grande, la presión del gas seria tan grande que vencería la resistencia del recipiente y estallaría. Si la temperatura fuese baja ( menor o igual a la temperatura critica) el gas se licuaría, ya en estado líquido seria imposible comprimirlo.

2. Expansión: Un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene debido a la alta energía cinética traslacional de las moléculas.¿Porque el aire que es una mezcla gaseosa, no se expande por todo el universo?

La explicación es simple, la fuerza de atracción gravitatoria impide que algún cuerpo material pueda abandonar la orbita terrestre, salvo que supere la velocidad mínima para vencer la gravedad que es 11 Km/s, que las moléculas de aire no pueden adquirir en forma natural.

3. Difusión: Consiste en que las moléculas de un gas se trasladan a través de otro cuerpo material (sólido, líquido o gas), debido a su alta energía cinética y alta entropía. Cuando uno siente el olor y aroma de una flor o una fruta es debido a la difusión de ciertas sustancias (ésteres) que se difunden en forma de vapor a través del aire y llega al olfato.Otros ejemplos de difusión son:

difusión del CO2 en bebidas gaseosas.

difusión del H2 en el platino. gas lacrimógeno en el aire.

4. Efusión: Consiste en la salida de moléculas gaseosas a través de pequeñas aberturas u orificios practicados en la pared del recipiente que contiene el gas. Por ejemplo un neumático se desinfla cuando el aire comprimido se efunde a través de un orificio causado por un clavo u otro objeto similar.

Elasticidad

En un gas como en todo fluido, su elasticidad esta mas en función de su compresibilidad, por sus particulares fines, que en su dilatación. La elasticidad de un gas o de un fluido y de los sólidos también, esta determinado por el modulo Bulk, muy similar al módulo de Young.

TEORIA CINETICA MOLECULAR

A lo largo de la historia del pensamiento humano se ha elaborado un modelo a cerca de como está constituida la materia, se conoce con el nombre de MODELO CINÉTICO MOLECULAR.

Según éste modelo de materia, todo lo que vemos está formado por unas partículas muy pequeñas, que son invisibles aún a los mejores microscopios y que se llaman moléculas. Las moléculas están en continuo movimiento y entre ellas existen fuerza atractivas, llamadas fuerzas de cohesión. Las moléculas al estar en movimiento, se encuentran a una cierta distancia unas de otras. Entre las moléculas hay espacio vacío.

En el ESTADO SOLIDO las moléculas están muy juntas y se mueven oscilando alrededor de unas posiciones fijas; las fuerzas de cohesión son muy grandes. En el ESTADO LIQUIDO las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son manos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse. En elESTADO GASEOSO las moléculas están totalmente separadas unas de otras y se mueven libremente; no existen fuerzas de cohesión.

Sí aumentamos la temperatura de un sistema material sólido, sus moléculas se moverán más rápidamente y aumentarán la distancia medía entre ellas, las fuerzas de cohesión disminuyen y llegará un momento en que éstas fuerzas son incapaces de mantener las moléculas en posiciones fijas, las moléculas pueden entonces desplazarse, el sistema material se ha convertido en líquido.

Si la temperatura del líquido continúa aumentando, las moléculas aumentarán aún más su rapidez, la distancia media entre ellas irá aumentando y las fuerzas de cohesión van disminuyendo hasta que finalmente las moléculas pueden liberarse unas de otras, ahora el SISTEMA MATERIAL 0 conjunto de moléculas está en estado gaseoso.

Si disminuimos la temperatura de un SISTEMA MATERIAL en estado gaseoso, disminuye la rapidez media de las moléculas y esto hace posible que al acercarse las moléculas casualmente, las fuerzas de cohesión, que siempre aumentan al disminuir la distancia, puedan mantenerlas unidas, el SISTEMA MATERIAL pasará al estado líquido.

Si disminuye aún más la temperatura, al moverse más lentamente las moléculas, la distancia media entre ellas sigue disminuyendo, las fuerzas de cohesión aumentarán más y llegará un momento que son lo suficientemente intensas como para impedir que las moléculas puedan desplazaras, obligándolas a ocupar posiciones fijas, el SISTEMA MATERIAL se ha convertido en un sólido.

MEDICION DE LA PRESION DE LOS GASES

Idea General

La atmósfera, capa gaseosa de la Tierra, ejerce una presión llamada presión atmosférica sobre todos los cuerpos. Torricelli en el siglo XVII demostró mediante un célebre experimento su existencia y midió su valor.  Este valor o presión varía según los lugares y se mide con los barómetros.  La llamada Ley de Boyle y Mariotte, estudia la relación que hay entre la presión y el volumen de los gases. Para medir la presión de los gases dentro de recipientes se usa el manómetro.  Para extraer los gases de los recipientes se usa labomba de vacío.

Presión Atmosférica

La masa más importante de gas que existe es la Atmósfera que forma una capa que envuelve a la Tierra. Está compuesta por diversos gases. Ejerce una presión sobre todos los cuerpos con los que está en contacto: la presión atmosférica.   La presión atmosférica es producida por el peso del aire.

Torricelli

En el siglo XVII Torricelli se situó a nivel del mar y con un tubo de 1 metro de largo, cerrado por un extremo. Lo llenó de mercurio y lo volcó colocándolo sobre una cubeta que también tenía un poco de mercurio. Entonces vio que el nivel del mercurio descendió hasta 760 milímetros. El resto quedó vacío formando lo que se llama cámara barométrica. 

Este experimento demostró la existencia de la presión atmosférica.  La presión actúa sobre el mercurio del tubo impidiendo que el mismo se derrame del todo.  Por otra parte la presión que ejerce una columna de un metro de mercurio es superior a la presión atmosférica hasta que se igualan ambas fuerzas (al salir solo 240 mm).

Por tanto el valor de la presión atmosférica es igual a la presión del mercurio que queda en el  tubo. Como éste pesa 1033 gramos (para 760 mm y 1 cm2 de sección, el nivel de la presión atmosférica a nivel del mar es de 1033 gramos por cm2 que es la presión normal y se toma como unidad llamada atmósfera.  Una atmósfera equivale a 760 mm de mercurio.

Los Vientos

La presión atmosférica disminuye con la altitud. El calor provoca una dilatación en el aire y hace que una misma masa ocupe espacios mayores al disminuir su densidad y su presión.  En sitios fríos pasa lo contrario. Esto origina los vientos que van de las zonas de altas presiones (anticiclónicas) hacia las bajas (ciclónicas).

Medida

La presión se mide con los barómetros. Existen diversos modelos y sistemas. El más antiguo es el de mercurio (como uso Torricelli).

Ley de Boyle y Mariotte

Los gases son cuerpos elásticos y al ser sometidos a presión disminuyen su volumen. Boyle y Mariotte descubrieron que:  Permaneciendo constante la temperatura, el volumen que ocupa una masa de gas es inversamente proporcional a la presión a que está sometido.  

Esta ley se puede formular así, si V es el volumen de gas y p la presión a que está sometido. Al aumentar la presión ocupará un nuevo volumen V´:

p / p' =  V / V'

De donde resulta  V * p = V' * p'  = K (constante)

Para una temperatura determinada, el producto del volumen que ocupa un gas, por la presión que sobre él actúa es una cantidad constante.

Aplicaciones de la presión atmosférica

Bombas de vacío, elevación de agua, sifón, pipetas, etc.  Para medir el gas de una bombona de butano se usan instrumentos de vacío como el manómetro

 

los gases se expanden al calentarsey se comprimen al enfriarse. Si la temperatura disminuye lo suficiente, los gases sehacen líquidos.

Variables que afectan el comportamiento de los gases

1. PRESIÓN

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.

2. TEMPERATURA

Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.

La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.

3. CANTIDAD

La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de

unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.

4. VOLUMEN

Volumen de un gas.

Es el espacio ocupado por un cuerpo.

5. DENSIDAD

Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.

Gas Real

Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si latemperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales.

Verde; Iván

Azul; Carlos

Amarillo; Aldemar