EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

Presentación del tema: "EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES"— Transcripción de la presentación:

1 EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
Basado en el original del Prof. Víctor Batista Universidad de Yale

2 El comportamiento de los gases
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3 Conocer las propiedades de los gases ayuda a salvar vidas
El airbag se llena con N2 (g) en un choque. El gas N2 es generado por la descompsición de la azida de sodio, NaN3. 2 NaN3 ---> 2 Na N2 Conocer las propiedades de los gases ayuda a salvar vidas

4 Tres estados de la materia

5 Propiedades generales de los gases
Existe mucho “espacio libre” (vacío) en un gas. Los gases pueden expandirse infinitamente. Los gases ocupan completamente el recipiente que los contiene. Los gases se difunden y mezclan con gran rapidez.

6 Propiedades de los gases
Las propiedades de los gases pueden describirse matemáticamente conociendo: V = volumen (m3, L) T = temperatura (K) n = cantidad (mol) P = presión (Pa, Torr, atm)

7 Presión La presión ejercida por el aire atmosférico puede medirse con un: BARÓMETRO (instrumento desarrollado por Torricelli en 1643)

8 Presión El Hg asciende en el tubo cerrado hasta que la fuerza que ejerce hacia abajo (peso) por unidad de superficie, equilibra a la fuerza contraria ejercida por la atmósfera sobre la misma superficie. La P ejercida por la columna de Hg está relacionada con: La densidad del Hg La altura de la columna

9 Presión La altura de la columna mide la presión ejercida por la atmósfera 1 atm = 760 mm Hg = ¿qué altura de agua? En el SI la unidad es PASCAL (Pa = N/m2) 1 atm = Pa

10 P V = n R T LEY DEL GAS IDEAL
Brinda la relación entre las propiedades (variables de estado) del gas. Puede derivarse de la experimentación y de la teoría.

11 Ley de Boyle PV = (nRT) = k Si n y T permanecen constantes
Esto significa que si por ejemplo, P aumenta, V disminuye proporcionalmente Robert Boyle ( )

12 Ley de Boyle Un inflador de bicicleta es un buen ejemplo de aplicación práctica de la Ley de Boyle. Cuando el volumen de aire atrapado en el inflador se reduce, su presión aumenta y es forzado a entrar dentro del neumático de la bicicleta

13 Si n y P permanecen constantes
Ley de Charles y Gay Lussac Si n y P permanecen constantes Jacques Charles ( ) V = (nRT/P) = kT V y T -en estas condiciones- son directamente proporcionales Joseph Gay-Lussac ( )

14 pioneros de la aeronáutica
Charles y Gay-Lussac: pioneros de la aeronáutica

15 Ley de Charles

16 Hipótesis de Avogadro Volúmenes iguales de gases a igual Ty P contienen la misma cantidad de partículas V = n (RT/P) = kn V y n son directamente proporcionales. ¿Cuál contiene más moléculas?

17 Hipótesis de Avogadro Los gases de la animación se encuentran a la misma presión y temperatura

18 Problema Sabiendo que: PV = nRT
¿Qué cantidad de N2 se necesita para llenar una pequeña habitación de L de volumen a una presión de 745 mm Hg y a 25 oC? R = L•atm/K•mol Resolución: 1. Llevar los datos a las unidades apropiadas V = 27,000 L T = 25 oC = 298 K P = 745 mm Hg (1 atm/760 mm Hg) = 0.98 atm

19 PV = nRT Resolución 2. Calcular n = PV / RT
¿Qué cantidad de N2 se necesita para llenar una pequeña habitación de L de volumen a una presión de 745 mm Hg y a 25 oC? R = L•atm/K•mol Resolución 2. Calcular n = PV / RT n = 1.1 x 103 mol (unos 30 kg de gas)

20 Gases y estequiometría
2 H2O2(liq) ---> 2 H2O(g) + O2(g) Se descomponen 1.1 g de H2O2 en un matraz de V = 2.50 L. ¿Cuál es la presión del O2 a 25 oC? ¿Y la del H2O? El “escarabajo bombardero” utiliza la descomposición del peróxido de hidrógeno como arma defensiva

21 Gases y estequiometría
2 H2O2(liq) ---> 2 H2O(g) + O2(g) Se descomponen 1.1 g de H2O2 en un matraz de V = 2.50 L. ¿Cuál es la presión del O2 a 25 oC? ¿Y la del H2O? Estrategia: -Calcular la cantidad de H2O2 y luego la de O2 y H2O. -Calcular P a partir de n, R, T, y V.

22 Gases y estequiometría
2 H2O2(liq) ---> 2 H2O(g) + O2(g) Se descomponen 1.1 g de H2O2 en un matraz de V = 2.50 L. ¿Cuál es la presión del O2 a 25 oC? ¿Y la del H2O? Resolución:

23 Gases y estequiometría
2 H2O2(liq) ---> 2 H2O(g) + O2(g) Se descomponen 1.1 g de H2O2 en un matraz de V = 2.50 L. ¿Cuál es la presión del O2 a 25 oC? ¿Y la del H2O? Resolución: P de O2 = 0.16 atm

24 Gases y estequiometría
2 H2O2(liq) ---> 2 H2O(g) + O2(g) ¿Cuál el la P del H2O? Podríamos calcularlo por el procedimiento anterior. Pero si recordamos la hipótesis de Avogadro: V  n a igual T y P P  n a igual T y V La cantidad de H2O duplica a la de O2. P es proporcional a n. Por lo tanto, la P del H2O duplica a la del O2. P of H2O = 0.32 atm

25 Ley de Dalton (de las presiones parciales)
2 H2O2(l) ---> 2 H2O(g) + O2(g) 0.32 atm atm ¿Cuál es la presión total ejercida por los gases producidos? Ptotal de la mezcla de gases = PA + PB + ... Por lo tanto Ptotal = P(H2O) + P(O2) = atm La Ptotal de la mezcla es igual a la suma de la presiones PARCIALES de sus componentes

26 Ley de Dalton (de las presiones parciales)
John Dalton

27 LA DENSIDAD DE LOS GASES
Baja densidad Alta densidad

28 LA DENSIDAD DE LOS GASES
PV = nRT (M: masa molar) d y M son proporcionales

29 USO DE LA DENSIDAD DE LOS GASES
La densidad del aire a 15 oC y 1.00 atm es 1.23 g/L. ¿Cuál es la masa molar media del aire?* 1. Calcular cantidad de aire V = 1.00 L P = 1.00 atm T = 288 K n = PV/RT = mol 2. Calcular la masa molar M = g/ mol = 29.1 g/mol *Recordar que el aire es una mezcla de gases

30 TEORÍA CINÉTICA-MOLECULAR
La teoría interpreta las leyes de los gases de acuerdo a los siguientes postulados: Los gases están formados por moléculas en movimiento constante y aleatorio P deriva del choque de las moléculas con las paredes del recipiente No existen fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas. Las colisiones son elásticas El volumen de las moléculas de gas es despreciable

31 TEORÍA CINÉTICA-MOLECULAR
Si asumimos que las moléculas están en movimiento, éstas deben tener energía cinética (Ec). Ec = (1/2)(masa)(velocidad)2 A igual T, todos los gases tienen la misma Ec media Cuando T aumenta, aumenta Ec y en consecuencia, la velocidad media de las moléculas

32 TEORÍA CINÉTICA-MOLECULAR
Ecuación de Maxwell Donde u es la velocidad y M es la masa molar. u aumenta con T u disminuye con M

33 Velocidad de las moléculas de un gas
Las moléculas de una muestra de gas presentan un rango de velocidades:

34 Velocidad de las moléculas de un gas
La velocidad media disminuye a medida que aumenta la masa de las moléculas

35 DIFUSIÓN Y EFUSIÓN difusion es el proceso de mezcla gradual entre moléculas de diferentes gases. efusión es el movimiento de las moléculas a través de un orificio pequeño.

36 DIFUSION y EFUSION DE GASES
Las moléculas de He efunden a través de un orificio en el globo, a una tasa (mol/tiempo) que es: proporcional a T inversamante proporcional a M. Por lo tanto, el He efunde más rapidamente que el O2 a igual T. He

37 DIFUSIÓN y EFUSIÓN DE GASES
La Ley de Graham gobierna la efusión y difusión de los gases La tasa de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar Thomas Graham

38 Difusión de gases Relación entre la masa y la tasa de difusión
Los gases HCl y NH3 difunden desde extremos opuestos del tubo. Los gases se encuentran y forman NH4Cl, sólido. La masa molar del HCl es mayor que la del NH3. En consecuencia, el NH4Cl(s) se forma más cerca del extremo del tubo más próximo a la fuente de HCl.

39 La TCM y las leyes de los gases
Recordemos sus postulados: Los gases están formados por moléculas en movimiento constante y aleatorio P deriva del choque de las moléculas con las paredes del recipiente No existen fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas. Las colisiones son elásticas El volumen de las moléculas de gas es despreciable

40 Hipótesis de Avogadro y TCM
P es proporcional a n

41 Presión, Temperatura y TCM
P es proporcional a T

42 Ley de Boyle y TCM P es proporcional a 1/V

43 Desviaciones del comportamiento ideal
Las moléculas reales tienen volumen. Existen fuerzas intermoleculars. (de no ser así los gases no podrían licuarse)

44 Desviaciones del comportamiento ideal
J. van der Waals, La Ecuación de Van Der Waals considera el volumen de las moléculas y la existencia de fuerzas entre éstas. V medido = V(ideal) P medida nRT V nb V 2 n a P ) ( Corrección para V Fuerzas intermoleculares

45 Desviaciones del comportamiento ideal
nRT V nb V 2 n a P ) ( Para el Cl2(g): a = 6.49 y b = Si se tiene 8.0 mol de Cl2(g) en un tanque de 4.0 L a 27 oC. P (ideal) = nRT/V = 49.3 atm P (Van der Waals) = 29.5 atm

46 Desviaciones del comportamiento ideal
nRT V nb V 2 n a P ) ( ¿Qué condiciones favorecerán una mayor aproximación del comportamiento de los gases reales al ideal?

47 TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN
Roberto Calvo – Uruguay Educa