Introducción a los Gases

La palabra gas fue creada por Johann van Helmont.

Definición de Gas

Sustancia gaseosa a presión y temperatura ambiente.

• Masa constante.
• Volumen variable.
• Forma variable.
• Pueden fluir.

Definición de Líquido

• Masa constante.
• Volumen constante.
• Forma variable.
• Pueden fluir.

Definición de Sólido

• Masa constante.
• Volumen constante.
• Forma constante.
• No pueden fluir.

Presión Atmosférica

Presión que ejerce la atmósfera debido a su peso sobre la superficie de los cuerpos que están en contacto con ella. Se ejerce por igual en todas las direcciones, actúa perpendicularmente a la superficie de los cuerpos.

Presión atmosférica (a 0ºC) 760 mmHg = 1 atm = 1013 mb.

La presión de un gas se mide con un manómetro.

Leyes de los Gases

Variación de la Presión con el Volumen

Ley de Boyle: A temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de un gas es inversamente proporcional a la presión. p₁ · V₁ = p₂ · V₂ = constante.

Variación del Volumen con la Temperatura

Primera Ley de Gay-Lussac:

Si la presión de un gas permanece constante, el volumen de una masa fija de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta. V₁/T₁ = V₂ / T₂ = constante.

T(K) = t (ºC) + 273. | P₁ · V₁ / T₁ = P₂ · V₂ / T₂ |

Variación de la Presión con la Temperatura

Segunda Ley de Gay-Lussac:

Si el volumen de un gas permanece constante, la presión de una masa fija de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

P₁ / T₁ = P₂ / T₂ = constante.

Aplicación:

Un tanque metálico contiene un gas a 25ºC y a una presión de 900mmHg. Calcula la presión del gas si su temperatura se eleva a 100ºC.

Condiciones iniciales: p₁ = 900 mmHg; T₁ = 25 + 273 = 298 K.

Condiciones finales: p₂; T₂ = 100 + 273 = 373 K.

Despejamos: p₂= 1126,5 mmHg.

Relación entre Presión, Volumen y Temperatura

Efecto de la Temperatura

Cuando se calienta un gas, aumenta su temperatura: Al calentarse, las partículas del gas adquieren más energía, por lo que se mueven más deprisa. Esta energía relacionada con el movimiento de las partículas se llama energía cinética. La temperatura es proporcional al movimiento de sus partículas.

Presión de los Gases

Los gases ejercen presión: cuando un gas está contenido en un recipiente, sus partículas se hallan en continuo movimiento, y chocan una y otra vez contra las paredes del mismo. Estas colisiones son las responsables de la presión que ejerce el gas.

Volumen de los Gases

Los gases tienden a ocupar todo el volumen disponible. El volumen que ocupa un gas depende del volumen del recipiente que lo contiene. Los gases son comprensibles: La distancia a la que se encuentran las partículas de un gas es variable. Cuando el gas se expande, las partículas se separan. Cuando el gas se comprime las partículas se aproximan entre sí.

Relaciones entre las Variables

• Presión y Volumen: Si comprimimos el gas a temperatura constante, las partículas tienen que recorrer menos espacio para chocar contra las paredes del recipiente. Las colisiones se hacen más frecuentes y la presión del gas aumenta. Si el gas se expande, la distancia entre las partículas aumenta, y tienen que recorrer más espacio para chocar contra las paredes. Las colisiones se vuelven menos frecuentes, por lo que la presión disminuye.
• Volumen y Temperatura: Con el incremento de la temperatura, las partículas del gas se mueven más rápidamente y golpean el émbolo, este se desplaza y hace que aumente el volumen disponible del recipiente, mientras la presión externa permanece constante.

Teoría Cinética de la Materia

• La materia está formada por partículas muy pequeñas que no podemos ver.
• Las partículas están en continuo movimiento de manera aleatoria.
• Movimiento browniano.

Ejemplos del Movimiento Browniano

• Los granos de polen se agitan: El agua está formada por partículas en continuo movimiento que chocan contra los granos de polen haciendo que estos también se muevan de manera desorganizada.
• Los sólidos se disuelven: Las partículas de agua arrancan y separan las otras partículas del cristal.
• Los líquidos y los gases se difunden: Las partículas de agua y aire bombardean a las partículas de dicromato y humo, y hacen que se dispersen por todo el volumen disponible.
• El polvo se mueve: El aire está formado por partículas que se mueven continuamente y bombardean incesantemente a las partículas de humo y de polvo, así que estas se mueven en zigzag cambiando su dirección.

Estados de Agregación y la Teoría Cinética

Fuerzas de Atracción

• Sólidos: Tienen forma y volumen fijos, sus partículas están unidas por grandes fuerzas de atracción, sus partículas pueden vibrar alrededor de sus posiciones fijas, pero no cambian su posición. Tres dimensiones.
• Líquidos: Tienen volumen fijo pero pueden fluir y adoptar cualquier forma. Las partículas están unidas, pero las fuerzas de atracción son más débiles que en los sólidos.
• Gases: No tienen ni volumen ni forma fijos, fluyen sin dificultad y ocupan todo el espacio disponible. Las fuerzas de atracción entre sus partículas son mucho más débiles que en los líquidos, despreciables.

Calentamiento del Agua: Conclusiones

• Mientras haya hielo en el vaso la temperatura aumenta.
• Cuando la recta es horizontal, es cuando la temperatura es constante, lo que quiere decir que el hielo cambia de estado.
• La temperatura aumenta cuando hay agua líquida en el vaso.
• El paso de líquido a vapor se produce a temperatura constante.

Puntos de Fusión y Ebullición

• La temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, y al revés, se denomina punto de fusión.
• La temperatura a la cual una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso, y al revés, se llama punto de ebullición.

Cambios de Estado

• Sólido a Gaseoso: Sublimación. Gaseoso a sólido: Sublimación inversa.
• Sólido a Líquido: Fusión. Líquido a sólido: Solidificación.
• Líquido a Gaseoso: Vaporización.
• Gaseoso a Líquido: Condensación.

Descripción de los Cambios de Estado

• Fusión: Cuando la temperatura se eleva, la velocidad de las partículas se incrementa lo bastante como para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción y abandonar la posición que ocupan en la red. Toda la energía que se da a la sustancia se utiliza para romper la estructura de la red sólida y no para elevar la temperatura, que está constante durante todo el cambio de estado.
• Ebullición/Vaporización: Al elevar la temperatura, la velocidad media de las partículas del líquido aumenta y cada vez son más las que escapan y pasan al estado gaseoso. Quedan espacios vacíos entre las partículas, muchas de ellas se escapan del líquido. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa del líquido y a temperatura constante, es ebullición.
• Vaporización/Evaporación: Cuando la vaporización tiene lugar a cualquier temperatura y en la superficie libre del líquido se llama evaporación.
• Sublimación: Algunas de las partículas que se encuentran en la superficie de estas sustancias sólidas tienen energía suficiente para escapar como vapor sin que el sólido se funda.

Densidad

Mayor en estado sólido, que en estado líquido y a su vez mayor que el estado gaseoso.

ue el estado gaseoso.