11

QuímicaQuímica

ClaseClase Estado Gaseoso

22

Concepto

Es uno de los tres estados de agregación de la materia, se caracteriza principalmente porque las moléculas se encuentran grandemente distanciados, esto, porque las fuerzas de repulsión entre ellas es mucho mayor que las fuerzas de atracción.

ESTADO GASEOSO

Se cumple:

R A F F

33

Características Generales de los Gases

Expansibilidad: Todo gas trata de ocupar el máximo volumen que le sea posible independientemente de los otros gases que lo acompañan.

Comprensibilidad: Todo gas puede ser fácilmente comprimido a volúmenes pequeños.

  Difusión: Consiste en que las

moléculas de un gas se trasladan a través de otro cuerpo material, debido a su alta energía cinética y alta entropía.

  Efusión: Todo gas puede pasar a

través de orificios pequeños de una pared permeable o semipermeable.

44

Variables de Estado

Son parámetros termodinámicos que determinan el comportamiento del estado gaseoso. Estas variables son:

Presión (P): La presión de un gas se origina por el choque de sus moléculas con las paredes del recipiente que lo contiene. Cuanto más moléculas choquen mayor será la presión y cuanto más rápido se muevan (que es lo mismo que estar a mayor temperatura), mayor será la presión.

La presión del gas debe ser absoluta

Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica

A nivel del mar la presión atmosférica es:

Patm = 1atm = 760mmHg = 101,3 kPa

55

Temperatura (T): En un gas la temperatura es una magnitud (algo que podemos medir) que se relaciona con la medida de la velocidad media con que se mueven las partículas (por lo tanto con su energía cinética o nivel de agitación).La temperatura del gas debe ser absoluta: Kelvin (K) o Rankine (R)

Volumen (V): El gas ocupa todo el volumen del recipiente, por lo tanto su volumen es igual a la capacidad que tiene el recipiente.Unidad: L, mL, m3

Equivalencia: 1L = 1000mL = 1000cm3

1m3 = 1000L

K = °C + 273

66

Teoría Cinética Molecular de los Gases IdealesBoltzman, Clausius y Maxwell relacionan las propiedades mecánicas de las moléculas (gas) con la P, V, T. Los postulados de esta teoría son las siguientes :

Las sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.

Las moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular alguna.

Las moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas

Los choques de las moléculas son elásticos,  no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.

La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.

77

De acuerdo con los postulados enunciados, podemos hacernos una imagen clara y concisa de los gases.

Nota:

Gas ideal: Es un gas hipotético, que cumple exactamente con la teoría cinética molecular de los gases.

Gas Real: Es todo gas existente y que entre sus moléculas existen todas las interacciones propias de su naturaleza molecular.

Observación:A bajas presiones y altas temperaturas, un gas real tiende a tener comportamiento ideal.

88

Ecuación Universal de los Gases Ideales

Se denomina también ecuación de estado y relaciona las 3 variables fundamentales (presión, volumen y temperatura) con la cantidad de gas expresada en MOL.

P.V = R.T.nR Cte. universal de gases

 V Volumen del gas (litros) T Temperatura del gas (Kelvin) P Presión absoluta del gas

además : n =

donde : n = número de moles w = peso = peso molecular

M

W

M

99

Valores de "R"

R = 0,082 R = 62,4 KmolLatm

..

KmolLmmHg

..

Ejemplo: Ejemplo: (UNMSM-2006-II) Calcule la presión (en atm) de 160g de metano (CH4) contenidos en un recipiente de 2L a una temperatura de 300K.P.A ( C=12 , H=1 ) ; R=0,082 atm.L/ mol.KSolución:Solución:

1010

Ecuación General de los Gases Ideales

Permite caracterizar cambios de estados de un sistema gaseoso siempre y cuando la masa permanezca constante es decir el cambio de estado se deba producir por cambios en las variables de estado (P, V, T)

1

11

T

VP

2

22

T

VP =

22

2

11

1

TDP

TDP

Condición inicial Condición final

m: cte

V1

P1 , T1 , D1

V2

P2 , T2 , D2

1111

Ejemplo: Ejemplo: (CEPRE-UNMSM) Una muestra de 1,00L de un gas es recolectada a 27ºC y 1,25 atm. ¿Cuál es la presión del gas a 183ºC si el volumen es de 5,00L?Solución:Solución:

1212

Procesos Restringidos

Son procesos isomásicos, donde una de las variables de estado permanece constante o restringida, mientras que las otras dos varían.

1. Ley de Boyle – Mariotte (Proceso isotérmico)

Si la masa y la temperatura de un gas permanece constante, el volumen de dicho gas varia inversamente proporcional a su presión absoluta.

Matemáticamente: PV = constante

P1V1 = P2V2 = K

Para 2 estados diferentes: Robert Boyle

1313

Ejemplo: Ejemplo: (CEPRE-UNMSM) Un gas en un globo para observaciones meteorológicas tiene un volumen de 1,50L a una presión de 1 atm. Suponiendo que la temperatura es constante, ¿a qué volumen, en litros, se expandirá el gas en el globo al ascender a 2500m si la presión a esta altura es de 0,75 atm.?Solución:Solución:

1414

2. Ley de Charles (Proceso isobárico)

Si la masa y la presión de un gas permanece constante, el volumen de dicho gas varia directamente proporcional con la temperatura absoluta.

Matemáticamente: V / T = constante

Para 2 estados diferentes:

Jacques Charles

Ejemplo: Ejemplo: (CEPRE-UNMSM) En un proceso isobárico, una muestra de cloro ocupa un volumen de 200mL a 127°C. Determine el volumen en litros que ocuparía al descender su temperatura hasta 27°C.Solución:Solución:

1515

3. Ley de Gay Lussac (Proceso isócoro)

Si la masa y el volumen de un gas permanece constante, la presión absoluta de dicho gas varia directamente proporcional con la temperatura absoluta.

Gay Lussac

1616

Matemáticamente: P / T = constante

Para 2 estados diferentes:

Ejemplo: Ejemplo: (UNMSM-2005-II) En un balón de 50mL, herméticamente cerrado, se colocó un gas ideal; luego, se incrementó la temperatura absoluta del gas en 100%. ¿En qué porcentaje se incrementará la presión?Solución:Solución:

1717