Gases Tema 1

Los siguientes elementos pueden existir como gases a una temperatura de 25°C y 1 atm de presión H2, N2, O2 , O3, F2, Cl2 y columna 8 A (18) en la Tabla Periódica Compuestos H3P, HCl, HBr, HI, CO, CO2, H3N, NO, N2O, NO2, SO2, H2S, HCN

Características físicas de los gases Son capaces de adquirir cualquier forma Son compresibles Pueden mezclarse con todo tipo de elementos con mucha facilidad Tienen una densidad mucho menor que los sólidos y los líquidos. Isótropos, fluyen: se deslizan, movimiento constante, ejercen presión sobre las paredes. presión

Variables que afectan el estado de un gas: Presión (P) Masa (m) o número de moles (n) Temperatura (t,T) Volumen (V) P,V y T determinan el estado de un gas. T es temperatura en K, t es en ºC, K = ºC + 273,16 Gases ideales: sólo a bajas presiones y altas temperaturas cuando: a) volumen de moléculas despreciable frente al VT y b) no hay atracción entre moléculas

(Fuerza = masa × aceleración) Presión = Fuerza Área Barómetro (Fuerza = masa × aceleración) Unidades de presión 1 Pascal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa Presión atmosférica

Si la Temperatura es constante es una transformation isotérmica Ley de Boyle y Mariotte Si la Temperatura es constante es una transformation isotérmica “Para una masa de gas a T cte los volúmenes ocupados son inversamente proporcionales a las presiones que soporta” P a 1/V P1 x V1 = P2 x V2 P x V = k (a T cte.) isoterma

P x V = constante P1 x V1 = P2 x V2 P1 = 726 mmHg P2 = ? V1 = 946 mL Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un volumen de 946 mL y se encuentra a una presión de 726 mmHg. ¿Cuál es la presión que se necesita para que el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura de la muestra es constante? P x V = constante P1 x V1 = P2 x V2 P1 = 726 mmHg P2 = ? V1 = 946 mL V2 = 154 mL P1 x V1 V2 726 mmHg x 946 mL 154 mL = P2 = = 4460 mmHg

Expansión de un gas El calor dilata los cuerpos El frío los contrae Temperatura baja alta Gas Mercurio Tubo de ensayo El calor dilata los cuerpos El frío los contrae La dilatación depende del coeficiente de dilatación de la sustancia α=1/273 Unidades¿? Vf = Vi + α Vi t = Vi (1+ α t)= Vi (1+ 1/273 t Vf = Vi 1/273 (273+t) = Vi α T T absoluta en K Son ctes. A a 0 ºC corresponden 273 K y la 0 K corresponden -273 ºC Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta

Ley de Charles y Gay-Lussac Variación del volumen de un gas con respecto a la temperatura Transformación isobárica V a T La temperatura debe ser expresada en K V = k x T V1/T1 = V2 /T2 T (K) = t (ºC) + 273.15 ¿Cómo sería el gráfico de V en función de T en K?

2da. Ley de Charles y Gay-Lussac Variación de la presión un gas con respecto a la temperatura Transformación isocórica V1 V2 V3 V4 5 4 3 2 1 La Presion aumenta con la T , aumenta el nro. choques contra las paredes P La temperatura debe ser expresada en K P a T T (K) = t (ºC) + 273.15 P = k x T P1/T1 = P2 /T2

Una muestra de monóxido de carbono en estado gaseoso se encuentra a una temperatura de 125°C. Si el volumen inicial de la muestra es de 3.2 litros, ¿Qué temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir el volumen a 1.54 litros? V1 /T1 = V2 /T2 V1 = 3.20 L V2 = 1.54 L T1 = 398.15 K T2 = ? T1 = 125 (0C) + 273.15 (K) = 398.15 K V2 x T1 V1 1.54 L x 398.15 K 3.20 L = T2 = = 192 K

Ley de Avogadro V a número de moles (n) V = k x n V1 / n1 = V2 / n2 Temperatura constante Presión constante V = k x n V1 / n1 = V2 / n2 3 H2 + N2 2 NH3 3 moléculas + 1 molécula 2 moléculas 3 moles + 1 mol 2 moles 3 volúmenes + 1 volumen 2 volúmenes “Volúmenes iguales de gases diferentes tienen el mismo nro. de moléculas”

Cuando varía P , V y T simultáneamente Ecuación de estado de un gas Cuando varía P , V y T simultáneamente P1V1 T1 P2V2 T2 PnVn Tn =.………………. = = cte. para masa cte. =. = R para 1 mol de gas PV T Leyes de los gases http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html http://personal.telefonica.terra.es/web/jpc/gases/index.html Simulador de gas ideal 72980605/117354/Ideal_Nav.swf::Ideal Gas Law Simulation

Ecuación de los gases ideales 1 P Ley de Boyle: V a (T y n constantes) Ley de Charles: V a T (P y n constantes) Ley de Avogadro: V a n (P y T constantes) V a nT P V =constante x = R nT P PV = nRT R = constante universal de los gases 0,082 L atm/K mol; 1,987 cal/K mol; 8,31 J/K mol

PV = nRT PV (1 atm)(22.414L) R = = nT (1 mol)(273.15 K) Cuando una muestra está a 0°C y a la presión es 1 atm, está en CNPT condiciones normales de presión y temperatura. En CNPT 1 mol de un gas ideal ocupa 22.414 litros de volumen. PV = nRT R = PV nT = (1 atm)(22.414L) (1 mol)(273.15 K) R = 0,082057 L • atm / (mol • K)

PV = nRT nRT V = P 1,37 mol x 0,0821 x 273.15 K V = 1 atm V = 30,6 L ¿Cuál es el volumen en litros que ocupan 49.8 gramos de ácido clorhídrico (HCL) a presión y temperatura normales? T = 0 0C = 273.15 K P = 1 atm PV = nRT n = 49,8 g x 1 mol HCl 36.45 g HCl = 1,37 mol V = nRT P V = 1 atm 1,37 mol x 0,0821 x 273.15 K L•atm mol•K V = 30,6 L

Comportamiento de un gas ideal Fuerzas de repulsión Fuerzas de atracción Gas ideal 1 mol de gas ideal PV = nRT n = PV RT = 1.0 En un gas ideal: a) el volumen de sus moléculas es despreciable frente al volumen que ocupa el gas, b) no existen fuerzas de interacción entre sus moléculas, c) el movimiento de sus moléculas es rectilíneo y los choques son elásticos (no hay pérdida de energía).

Los gases reales a bajas P y altas T se comportan como ideales Pero a Presiones altas a) El V gas no es despreciable frente al del recipiente y las y b) las fuerzas de atracción son apreciables Efecto de las fuerzas de presión producidas por un gas

Ecuación de Van der Waals para gases no ideales Constantes de Van der Waals para algunos gases P + (V – nb) = nRT an2 V2 ( ) Presión corregida por interacciones moleculares Corrección debida al volumen de las moléculas Pideal = an2 V Preal + Videal = Vreal – n b Correcciones Esta es ecuación es una de las existentes para explicar el comportamiento de los gases reales aunque no en forma exacta

Licuación de gases Esto se logra a P altas y bajas T, dado que las moléculas se tienen que atraer y bajar su velocidad. T crítica es aquella por encima de la cual no puede licuarse el gas por compresión y P crítica es la minima para licuar ese gas a esa T (se verá en la Unidad Temática de líquidos). Presión de vapor de un líquido es la P a la que coexisten L y V en un equilibrio dinámico. Para escapar del L al V requieren energía en forma de calor: calor de vaporización. Punto de ebullición es la T en la cual la presión del vapor es igual a la atmosférica. Si la P es 1atm =760 mmHg ó 1013,25 hPa se llama Punto de ebullición normal (PEN).

Diagrama de fases del agua Punto Triple Temperatura Presión o

Sólido y liquido en equilibrio Liquido y vapor en equilibrio Curva de calor Tiempo Temperatura Punto de ebullición Punto de fusión Sólido y liquido en equilibrio Liquido y vapor en equilibrio Sólido Líquido Vapor