La Teoría Cinética de Los Gases

8/17/2019 La Teoría Cinética de Los Gases

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD GEOLOGICA, GEOFISICA Y MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

FLUIDOS Y TERMODINAMICA

TRABAJO DE INVESTIGACION

DOCENTE: Juan Ramón Díaz Piza!

ESTUDIANTE: C"!i #uamani Juan Fan"i$CUI: %&'()%*)

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LA TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES


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La teoría cinética de losgases explica lascaracterísticas ypropiedades de la

materia en general, yestablece que el calor yel movimiento estánrelacionados, que laspartículas de todamateria están enmovimiento hasta ciertopunto y que el calor esuna señal de estemovimiento.

La teoría cinética de losgases considera que losgases están compustospor las moléculas,partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existeentre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño,y el volumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo una racciónpequeña del volumen ocupado por todo el gas. por tanto, al considerarel volumen de un gas debe tenerse en cuenta en primer lugar unespacio vacío en ese volumen.

!l gas de"a muchos espacios vacíos y esto explica la altacomprensibilidad, la ba"a densidad y la gran miscibilidad de unos conotros.!ntre #$%$ y #$&$, 'oule, (lausius, )ax*ell y +oltmann desarrollaron lateoría cinética de los gases utiliando las leyes de la mecánica clásica.

SÓLIDO, LÍQUIDO y GAS


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!n esta quincena lo que nos interesa es que dierencies bien el estadogaseoso de los otros dos. (omo ves en la escenaad"unta, los gases, al igual que los líquidos, seadaptan a su recipiente, pero, los gases pueden

además comprimirse y descomprimirse, lo que nopuede hacerse con los líquidos.!n un -L/01, estas 2partículas2 ocupanposiciones determinadas en una red, alrededor delas cuales vibran cada ve más intensamente amedida que aumentamos la temperatura. Lasueras atractivas entre las partículas del sólidoson muy intensas.!n un L345/01, estas 2partículas2 se muevendesliándose unas cerca de otras y manteniéndoseunidas por débiles ueras atractivas entre ellas.

!n el caso de un 67-, estas 2partículas2 semueven a grandes velocidades y las uerasatractivas entre ellas podemos considerarlas comoinexistentes. -e mueven al aar ocupando todo elvolumen del recipiente.

(on la teoría cinético8molecular se pueden explicar las características decada estado9

• Sólidos: 0ado que las partículas se encuentran en contacto y no

pueden desplaarse, los sólidos tienen una orma y volumenpropios, no son compresibles ni expansibles, son relativamenteduros y rígidos y su densidad es alta.

• Líquidos: 0ado que las partículas se encuentran muy próximas ypueden desplaarse unas sobre otras, tienen volumen propio perose adaptan a la orma del recipiente que las contiene y sudensidad es algo menor que la de los sólidos.


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• Gass: (omo las ueras de atracción son muy débiles, laspartículas están muy separadas unas de otras y se mueven entodas las direcciones y dado que no hay nada que retenga laspartículas próximas entre sí, los gases se expanden hasta llenar elrecipiente, y por existir grandes distancias entre ellas, son

ácilmente compresibles y su densidad es mucho menor q ue la delos sólidos y líquidos.

LOS GASES

!odlo D Gas Idal!l modelo para cualquier gas estará constituido por partículasmoviéndose al aar y chocando contra las paredes delrecipiente. Lascaracterísticas de este modelo ideal de gas serán9:ostulados de la ;eoría (inética de los 6ases

#. . !n el movimiento, las moléculas de los gases chocan

elásticamente unas con otras y con las paredes del recipiente quelas contiene en una orma perectamente aleatoria.

%. La recuencia de las colisiones con las paredes del recipienteexplica la presión que e"ercen los gases.

?. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o enotra orma de energía. pero la energía cinética total de lasmoléculas permanecerá constante si el volumen y la temperaturadel gas no varían@ por ello, la presión de un gas es constante si latemperatura y el volumen no cambian.

"RESIÓN

!n el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada comoel resultado macroscópico de las ueras implicadas por las colisiones delas moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puededeAnirse por lo tanto haciendo reerencia a las propiedadesmicroscópicas del gas.

!n general se cree que hay más presión si las partículas se encuentranen estado sólido, si se encuentran en estado líquido es mínima ladistancia entre una y otra y por último si se encuentra en estadogaseoso se encuentran muy distantes.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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!n eecto, para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m ymoviéndose con una velocidad aleatoria promedio o raí cuadrada de lamedia aritmética de los cuadrados de las velocidades, en inglés 2rootmean square2 vrms B v , contenido en un volumen cúbico V las partículas

del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera quepuede calcularse de manera estadística intercambiando momentolineal con las paredes en cada choque y eectuando una uera neta porunidad de área que es la presión e"ercida por el gas sobre la superAciesólida.

La presión puede calcularse como9

!ste resultado es interesante y signiAcativo no sólo por orecer unaorma de calcular la presión de un gas sino porque relaciona unavariable macroscópica observable, la presión, con la energíacinética promedio por molécula, 1/2 mv², que es una magnitudmicroscópica no observable directamente. h:a B GHF ;orr

LAS LE#ES DE LOS GASES$%ACTORES QUE REGULAN LA "RESIÓN

-egún el )10!L1 de gas que hemos propuesto, la :I!-/< Cuera quepor unidad de superAcie de pared de recipiente e"ercen las partículas del

gas al chocar contra ellasD puede depender de una serie de actores quepueden ser9!l tipo de partículas del gas, el volumen del recipiente, de latemperatura, el nJ de partículas del gas, de la presión exterior delrecipiente, de la orma del mismo:iensa de qué actores crees que puede depender la presión que e"erceun gas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_cuadr%C3%A1tica_mediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica


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La :I!-/< que e"erce un gas sobre las paredes del recipiente, dependede tres actores90el nJ de partículas de gas Ccantidad de gas consideradaD. 7 máspartículas más presión. 0el volumen del recipiente. 7 mayor volumen,menor presión. 0e la temperatura del gas. 7 mayor temperatura, mayor

velocidad de las partículas del gas y por tanto mayor presión.!s decir9 : B CK , ; , nJ de partículasD

LE# DE &O#LE'!ARIOTTE: "RESION # (OLU!EN

!l que los gases son compresibles es unhecho amiliar. (uando se aumenta lapresión sobre una cantidad determinadade un gas, como sucede en una bombaneumática, el volumen del gasdisminuye9 cuanto mayor es la presiónmenor se hace el volumen. !n #.HHF, elquímico inglés Iobert +oyle estudió loseectos de la presión sobre el volumende aire y observó que cuando duplicabala presión el volumen de aire se reducíaa la mitad@ si la presión se multiplica porcuatro el volumen se reduce a la cuartaparte de su valor original, etc, Ccomo se observa en la gráAca que es unahipérbolaD. !sta relación ha resultado ser válida para cualquier gas.!n otras palabras, lo que +oyle encontró es que9:ara una determinada masa de gas el volumen es inversamenteproporcional a la presión e"ercida,si la temperatura se mantieneconstante9!xperimento9

Los valores obtenidos en la anterior experiencia se observan en éstatabla9(omo hemos visto en la anterior experiencia simulada, manteniendoconstantes el nJ de partículas del gas y la temperatura, la presión :depende inversamente de K.


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!n general será9

27 temperatura constante, para una determinada cantidad de gas, elproducto presión por volumen permanece constante2.

P= K 1 1

V

LE# DE GA#'LUSSAC: "RESION # TE!"ERATURA

6ay8Lussac también estudió el eecto que produce en la presión elcambio de la temperatura de una cantidad dada de aire manteniendo elvolumen constante. !ncontró que la presión del gas aumentabauniormemente al calentarse.-i la temperatura se expresa en J( se obtiene una unción lineal comomuestra la Agura a, mientras que si se expresa en , se observa que lapresión es directamente proporcional a la temperatura absoluta.2:ara una determinada cantidad CmasaD de un gas que se mantiene avolumen constante, la presión es directamente proporcional a sutemperatura en la escala elvin2.

!xperimento9

(omovemos es

una relación lineal Crecta que pasapor el origen en la gráAca : B C;DD,por tanto del tipo : B M= ;


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LE# DE C)ARLES y GA#'LUSSAC: TE!"ERATURA # (OLU!EN

5nos cien años después del traba"o de +oyle, (harles y 6ay8Lussacinvestigaban la dilatación del aire y otros gases, es decir, el eecto queproduce el cambio de la temperatura en el volumen de una cantidaddada de aire manteniendo la presión constante.!ncontraron que el gas se expandía al calentarse de orma uniorme@ así,por cada grado de aumento de la temperatura, el aumento de volumendel gas es de #E=G> veces su volumen a F J(. :or tanto, tal y comomuestra la Agura CaD, el volumen de un gas es una unción lineal de sutemperatura (elsius C la gráAca K8 t es una rectaD.!l volumen del gas se va contrayendo a medida que la temperaturadesciende pero si ésta es lo suAcientemente ba"a, el gas licúa Cla rectase cortaD. -i prolongamos la recta obtenemos por extrapolación que latemperatura a la que el volumen de cualquier gas debería ser nulo es N=G> J(.!n la práctica, ningún gas puede ser enriado hasta que se anule suvolumen, ya que todos los gases se condensan para dar líquidos ysólidos a temperaturas superiores a los N=G> J(. -in embargo, la idea deque existe una temperatura que es la mínima posible 8 es decir, un ceroabsoluto de temperaturas8 es de extraordinaria importancia. !n lugar deescoger arbitrariamente el punto de usión del hielo como el cero de laescala de temperaturas, como se hace en la escala (elsius, es posibleescoger de orma lógica el cero absoluto como cero de una escala detemperaturas.

!sta elección del cero constituye la base de la escala absoluta o Melvinde temperaturas que ue sugerida por primera ve por el cientíAcobritánico Lord elvin C#$=%8#.&FGD.0e acuerdo con medidas precisas, el cero absoluto de temperaturas es8=G>,#? J(.7sí, F B 8=G>,#? J( , y la escala elvin CD se relaciona con la (elsiusmediante la expresión9

(uando la temperatura se expresaen la escala absoluta el volumen de un gasresulta directamente proporcional a la temperatura CAgura bD, lo que no

se cumple si la temperatura se mide en la escala (elsius.!xperimento9


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7 presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcionala la temperatura absoluta.K B > ;

!sta expresión se resume en la Ley de (harles y 6ay8Lussac9

2:ara una determinada cantidad CmasaD de un gas que se mantiene apresión constante, el volumen es directamente proporcional a sutemperatura en la escala elvin2.

LE# DE DALTON DE LAS "RESIONES "ARCIALES

La ley de 0alton establece que en una mecla de gases cada gas e"ercesu presión como si los restantes gases no estuvieran presentes. Lapresión especíAca de un determinado gas en una mecla sellama presión parcial, p. La presión total de la mecla se calcula

simplemente sumando las presiones parciales de todos los gases que lacomponen. :or e"emplo, la presión atmosérica es9

:resión atmosérica CGHF mm de OgD B p 1= C#HF mm OgD P p mm OgD P p (1= CF.> mm OgD PpO=1 Calrededor de $ mm de OgD


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!n consecuencia9 2La presión total e"ercida por una mecla gaseosa esigual a la suma de las presiones parciales de los gases componentes dela mecla2.

LE# DE A(OGADROLa teoría de 0alton noexplicaba por completo la leyde las proporciones múltiplesy no distinguía entre átomosy moléculas. 7sí, no podíadistinguir entre las posiblesórmulas del agua O1 y O=1=,ni podía explicar por qué la

densidad del vapor de agua,suponiendo que su órmulauera O1, era menor que la del oxígeno, suponiendo que su órmulauera 1. !l ísico italiano 7madeo 7vogadro encontró la solución a esosproblemas en #$##. -ugirió que a una temperatura y presión dadas, elnúmero de partículas en volúmenes iguales de gases era el mismo, eintrodu"o también la distinción entre átomos y moléculas. (uando eloxígeno se combinaba con hid rógeno, un átomo doble de oxígenoCmolécula en nuestros términosD se dividía, y luego cada átomo deoxígeno se combinaba con dos átomos de hidrógeno, dando la órmulamolecular de O=1 para el agua y 1= y O= para las moléculas de oxígenoe hidrógeno, respectivamente.

Las ideas de 7vogadro ueron ignoradas durante casi ?F años, tiempoen el que prevaleció una gran conusión en los cálculos de los químicos.!n #$HF el químico italiano -tanislao (anniaro volvió a introducir lahipótesis de 7vogadro. :or esta época, a los químicos les parecía másconveniente elegir la masa atómica del oxígeno, #H, como valor dereerencia con el que relacionar las masas atómicas de los demás

elementos, en lugar del valor # del hidrógeno, como había hecho 'ohn0alton. La masa molecular del oxígeno, >=, se usabainternacionalmente y se llamaba masa molecular del oxígeno expresadaen gramos, o simplemente # mol de oxígeno. Los cálculos químicos senormaliaron y empearon a escribirse órmulas A"as. :or la cual, laspartículas contenidas en cada mol de cualquier elemento es igual a unnúmero especíAco9 H,F==x#F=>


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V =cte.n

SÍNTESIS DE ESTAS LE#ES

Ly d s*ado d los +ass idalsIecordemos que, planteamos que la presión de un gas en un recipienteiba a depender de9 el volumen del mismo, de la temperatura y del nJ departículas del gas. Las experiencias planteadas nos permitieron llegar alas siguientes leyes9

(ombinando las leyes vistas anteriormente9• : . K B cte C para ; y m constantesD9 Ley de +oyle• K B cte . ; Cpara : y m constantesD9 Ley de (harles y 6ay8Lussac• : B cte . ; Cpara K y m constantesD9 =Q Ley de 6ay8Lussac

• K B cte . n Cpara : y ; constantesD9 Ley de 7vogadro

-e obtiene la ecuación conocida como ecuación general de los gasesideales9:.K B cte . n . ; PV =nRT


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CONCLUSIÓN

Los gases, aunque no se puedan ver, constituyen una gran parte de

nuestro ambiente, y quehacer diario, ya que ellos son los responsablesde transmitir9 sonidos, olores, etc. Los gases poseen propiedadesextraordinarias, como por e"emplo9 que se puede comprimir asolamente una racción de su volumen inicial, pueden llenar cualquiercontenedor, o que el volumen de una gas comparado con el mismocomponente, sólido o líquido tiene una dierencia de casi $FF veces laproporción. !sto hace posible de que una cantidad n de un gas puedeentrar en un contenedor cualquiera y que este gas llenaría elcontenedor

A-lisis ./í*i.o

7 simple vista no apreciamos los gases, pero sabemos que están allí, ypodemos saber que propiedades tienen en ese lugar en especíAco, unavariación en la temperatura al igual que un cambio en la presiónalteraría los actores de un gas. -abiendo esto, podemos manipular losgases a nuestro anto"o.

A-lisis A0/.ia*i1o-in lugar a duda, los gases cuentan con dos actores inRuyentes, queson, la presión y temperatura, y partiendo de estos actores, sin temor aequivocarse, podemos obtener una inormación mas detallada de lo que

esta ocurriendo, ocurrió, u ocurrirá en los gases.

&I&LIOGRA%IA

http9EEensenarquimica.galeon.comEaAciones=FH>=$#.html


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http9EEdepa.quim.unam.mxEtermoAsicaEsilviaEtcm.pd

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