10. Gases

Los gases pueden tener propiedades químicas muy diferentes pero se comportan de forma similar en lo que respecta a sus propiedades físicas. Las sustancias que son líquidas o sólidas en condiciones normales también pueden existir en estado gaseoso, y con frecuencia se denominan vapores. Las propiedades características de los gases, como expandirse para llenar un recipiente, ser altamente compresibles y formar mezclas homogéneas, surgen del hecho de que las moléculas individuales se encuentran relativamente separadas.

10.2 Presión La presión, P, se define científicamente como la fuerza, F, que actúa sobre un área dada, A. Los átomos de gas y las moléculas de la atmósfera experimentan una aceleración gravitacional. Sin embargo, debido a que las partículas de un gas tienen masas tan pequeñas, sus energías de movimiento térmicas superan a las fuerzas gravitacionales. FIGURA 10.1 Cálculo de la presión atmosférica.

10.2 Presión La unidad del SI para medir la presión es el pascal (Pa). Una unidad relacionada para reportar presiones es el bar. Torricelli inventó el barómetro, un aparato que se utiliza para medir la presión atmosférica. FIGURA 10.2 Barómetro de mercurio.

Unidades para medir la presión. Ejemplo: 1 atm = 14,7 PSI

10.2 Presión Para medir la presión también se utiliza un dispositivo llamado manómetro, el cual funciona con un principio similar al del barómetro. FIGURA 10.3 Manómetro de mercurio.

10.4 La ecuación del gas ideal Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se describe mediante la ley del gas ideal que establece la relación: PV = nRT. El término R de la ecuación del gas ideal se conoce como constante de los gases. Depende de las unidades que se seleccionaron para medir la presión y el volumen Las condiciones 0 °C y 1 atm se conocen como temperatura y presión estándar (TPE). El volumen ocupado por un mol de gas ideal a TPE, 22.41 L, se llama volumen molar de un gas ideal a TPE.

10.4 La ecuación del gas ideal FIGURA 10.11 Comparación de volúmenes molares a TPE.

10.6 Mezclas de gases y presiones parciales La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo. La presión ejercida por un componente de una mezcla de gases se conoce como la presión parcial de ese gas. La observación de Dalton se conoce como la ley de Dalton de las presiones parciales.

10.8 Efusión y difusión molecular Velocidad cuadrática media Masa molecular FIGURA 10.18 El efecto de la masa molar sobre la velocidad molecular a 25 °C.

10.8 Efusión y difusión molecular La dependencia de la velocidad molecular con respecto a la masa tiene dos consecuencias: La efusión, que es el escape de moléculas de un gas a través de un orificio diminuto. La difusión, que es la dispersión de una sustancia dentro de un espacio o dentro de una segunda sustancia. FIGURA 10.19 Efusión. Difusión

10.8 Efusión y difusión molecular Graham descubrió que la velocidad de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar. FIGURA 10.20 Ilustración de la ley de efusión de Graham.

10.8 Efusión y difusión molecular La difusión de una molécula de un punto a otro consiste en muchos segmentos cortos en línea recta, debido a que las colisiones la mueven hacia direcciones aleatorias. La distancia promedio recorrida por una molécula entre colisiones se conoce como trayectoria libre media de la molécula, la cual varía con la presión. FIGURA 10.21 Difusión de una molécula de gas. Por cuestiones de claridad, no se muestran otras moléculas de gas en el recipiente.