Quimica t5 Gases

7/30/2019 Quimica t5 Gases

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QUMICA APLICADA

CLAVE: LII 211

PROFESOR: MTRO. ALEJANDRO SALAZAR GUERRERO


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1. MATERIA. ESTRUCTURA Y PERIODICIDAD1.1. Materia: estructura, composicin, estados de agregacin y clasificacin por propiedades

1.1.1. Sustancias puras: elementos y compuestos

1.1.2. Dispersiones o mezclas1.1.3. Caracterizacin de los estados de agregacin: slido cristalino, lquido,lido,vtreo

1.1.4. Cambios de estado1.1.5. Clasificacin de las sustancias naturales por semejanzas1.1.6. Base experimental de la teora cuntica y estructura atmica1.1.7. Radiacin de cuerpo negro1.1.8. Teora atmica de Bohr1.1.9. Estructura atmica

1.1.9.1. Principio de dualidad1.1.9.2. Principio de incertidumbre1.1.9.3. Funcin de onda

1.1.9.4. Principio de Afbau1.1.9.5. Principio de exclusin de Pauli1.1.10.Configuraciones electrnicas

1.1.10.1. Regla de Hund1.2. Periodicidad qumica

1.2.1. Desarrollo de la tabla peridica moderna1.2.2. Clasificacin peridica de los elementos

1.2.2.1. Propiedades atmicas y variaciones peridicas: carga nuclearefectiva, radio atmico, radio inico, energa de ionizacin, afinidad

electrnica, electronegatividad

1.2.3. Propiedades qumicas y su variacin peridica: tendencias generales y por

grupo

1.3. Elementos de importancia econmica, industrial y ambiental en la regin o en elpas

2. ENLACES QUMICOS Y EL ESTADO SLIDO (CRISTALINO)2.1. Introduccin

2.1.1. Conceptos de enlace qumico2.1.2. Clasificacin de los enlaces qumicos

2.2. Smbolos de Lewis y regla del octeto2.3. Enlace inico

2.3.1. Elementos que forman compuestos inicos2.3.2. Propiedades fsicas de compuestos inicos

2.4. Enlace covalente2.4.1. Comparacin entre las propiedades de los compuestos inicos y covalentes2.4.2. Fuerza del enlace covalente2.4.3. Geometras moleculares

2.4.3.1. RPECV2.4.4. Enlaces covalentes y traslape de orbitales2.4.5. Orbitales hbridos2.4.6. Momentos dipolares2.4.7. Enlaces mltiples

2.5. Enlace metlico y elementos semiconductores2.5.1. Teora de bandas2.5.2. Clasificacin en bases a su conductividad elctrica


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2.6. Fuerzas intermoleculares y propiedades fsicas2.6.1. Van der Waals: dipolo-dipolo, London, puente de pH2.6.2. Influencia de las fuerzas intermoleculares en las propiedades fsicas

2.7. Estructura de los materiales2.7.1. Estado slido (cristalino)2.7.2. Concepto y caracterizacin de sistemas cristalinos2.7.3. Anisotropa2.7.4. Defectos cristalinos y consecuencia en propiedades microscpicas2.7.5. Correlaciones propiedades-estructura enlace qumico2.7.6. Estado vtreo2.7.7. Estructura amorfa2.7.8. Propiedades caractersticas de un material vtreo

2.7.8.1. Proceso de cristalizacin y vitrificacin vs propiedades fisicoqumica,modificadores de red

3. REACCIONES INORGNICAS, SU ESTEQUIOMETRA, SU IMPORTANCIAECONMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL

3.1. Clasificacin de las reacciones3.1.1. Reacciones segn el cambio qumico3.1.2. Reacciones segn aspectos energticos

3.2. Balanceo de reacciones qumicas3.2.1. Por el mtodo redox3.2.2. Por el mtodo de in electrn

3.3. Concepto de estequiometra3.4. Leyes estequiomtricas

3.4.1. Ley de la conservacin de la materia3.4.2. Ley de las proporciones constantes3.4.3. Ley de las proporciones mltiples

3.5. Clculos estequimtricos A3.5.1. Unidades de medida usuales3.5.1.1. Atomo-gramo3.5.1.2. Mol-gramo3.5.1.3. Volumen-gramo molecular3.5.1.4. Nmero de Avogadro

3.6. Clculos estequimtricos B3.6.1. Relacin peso-peso3.6.2. Relacin peso-volumen3.6.3. Reactivo limitante3.6.4. Reactivo en exceso3.6.5. Grado de conversin o rendimiento

3.7. Compuestos de importancia econmica, industrial y ambiental

4. ESTADO LQUIDO, SOLUCIONES, SUSPENSIONES Y COLOIDES4.1. Estado lquido

4.1.1. Clasificacin4.1.2. Propiedades conductoras4.1.3. Clasificacin de molculas4.1.4. Clasificacin de disolventes4.1.5. Propiedades fsicas de un lquido molecular como disolvente4.1.6. Tensin superficial y viscosidad de los lquidos

4.2. Soluciones

4.2.1. Parmetros de solubilidad4.2.2. Modo de expresar las concentraciones


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4.2.2.1. Concentracin peso4.2.2.2. Fraccin molar4.2.2.3. Molaridad4.2.2.4. Modalidad4.2.2.5. Normalidad4.2.2.6. Disolucin4.2.2.7. Densidad

4.2.3. Propiedades coligativas4.3. Suspensiones y coloides

4.3.1. Suspensiones4.3.2. Obtencin de coloides4.3.3. Coloides lioflicos y liofbicos4.3.4. Tixotropa

4.4. Estequimetra en soluciones acuosas4.4.1. cido-base (conceptos y clculos)4.4.2. xido-reduccin (conceptos y clculos)

5. GASES5.1. Conceptos bsicos

5.1.1. Gas como estado de agregacin5.1.2. Gas ideal5.1.3. Gas real5.1.4. Propiedades crticas5.1.5. Factor de compresibilidad

5.2. Propiedades PVT5.2.1. Ley de Boyle5.2.2. Charles5.2.3. Gay-Lussac

6. TERMOQUMICA Y ELECTROQUMICA6.1. Termoqumica

6.1.1. Calor de reaccin6.1.2. Calor de formacin6.1.3. Calor de solucin

6.2. Electroqumica6.2.1. Electroqumica y celdas electrolticas6.2.2. Electroqumica y celdas voltaicas (galvnicas)6.2.3. Celdas volticas de uso prctico6.2.4. Corrosin

7. EQUILIBRIO QUMICO, CINTICA QUMICA Y EQUILIBRIO EN SOLUCIN7.1. Cintica qumica: velocidades de reaccin y el mecanismo de reaccin7.2. La constante de equilibrio7.3. Principio de Le Chatelier7.4. Constante de ionizacin7.5. Producto de solubilidad7.6. Solucin amortiguadora


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5. GASES5.1. Conceptos bsicos

Gas Real

Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presin se comportan comogases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presin muy alta, las propiedades de los gasesreales se desvan en forma considerable de las de los gases ideales.

Gas Ideal

Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no se lesllama gases reales, o sea, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y otros.

Estado Gaseoso

Los gases, aunque no se puedan ver, constituyen una gran parte de nuestro ambiente, y quehacerdiario, ya que ellos son los responsables de transmitir: sonidos, olores, etc. Los gases poseenpropiedades extraordinarias, como por ejemplo: que se puede comprimir a solamente una fraccin desu volumen inicial, pueden llenar cualquier contenedor, o que el volumen de una gas comparado conel mismo componente, slido o lquido tiene una diferencia de casi 800 veces la proporcin. Estohace posible de que una cantidad n de un gas puede entrar en un contenedor cualquiera y que estegas llenara el contenedor.

Temperatura

Segn la teora cintica, la temperatura es una medida de la energa cintica media de los tomos ymolculas que constituyen un sistema. Dado que la energa cintica depende de la velocidad,podemos decir que la temperatura est relacionada con las velocidades medias de las molculas delgas.

Hay varias escalas para medir la temperatura; las ms conocidas y utilizadas son las escalas Celsius(C), Kelvin (K) y Fahrenheit (F).

El kelvin es una unidad de temperatura creada por Lord Kelvin sobre la base de la escala centgrada,

estableciendo el punto cero en el cero absoluto (273,15C) y conservando la misma dimensin paralos grados, es la unidad de temperatura en el Sistema Internacional (SI), correspondiente a unafraccin de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra K.

A la temperatura medida en kelvin a veces se le llama temperatura absoluta, y es la escala detemperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de fsica o qumica.

Factores de conversin

Kelvin a Celsius

Celsius a kelvin


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Kelvin a Fahrenheit

Fahrenheit a kelvin

El grado Celsius, denominado anteriormente como grado centgrado y representado como C, es la

unidad de temperatura creada por Anders Celsius para su escala centgrada. Es una de las unidadesincluidas en el Sistema Internacional de Unidades y la ms utilizada internacionalmente. Se defineasignando el valor 0 C al punto de congelacin del agua, el valor 100 C a su punto de ebullicin(ambos medidos a una atmsfera de presin) y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales,cada una de ellas equivalente a un grado Celsius.

Conversin de unidades

T (C) = T (K) - 273,15

La conversin de grados Celsius a grados Fahrenheit se obtiene multiplicando la temperatura enCelsius por 1.8 y sumando 32:

Temp. (F) = 1,8 x Temp. (C) + 32

Para convertir Fahrenheit a Celsius:

Temp. (C) = (Temp. F - 32) / 1.8

El grado Fahrenheit es una unidad de temperatura propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724, cuyaescala fija el cero y el cien en las temperaturas de congelacin y evaporacin del cloruro amnico en

agua. Similar a lo que fija la escala celsius con la congelacin y evaporacin del agua.

En la escala Fahrenheit, el punto de fusin del agua es de 32 grados, y el de ebullicin es de 212grados. Una diferencia de 1,8 grados Fahrenheit equivale a la de 1 grado centgrado.

Las frmulas de conversin a grados centgrados y kelvin son:

F = C (9/5) + 32

F = K (9/5) - 459,67

K = (F + 459,67) 5/9

Esta escala es actualmente utilizada en algunos pases, especialmente Estados Unidos. Para usocientfico tiene una compaera, la escala de Rankine, que lleva el 0 de la escala al cero absoluto, deforma similar a lo que ocurre entre la El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a 460F ylos intervalos de grado son idnticos al intervalo de grado Fahrenheit. La relacin entre latemperatura en grados Rankine (R) y la temperatura correspondiente en grados (F) Fahrenheit es:

( ) ( ) 460 T R T F = + o o

Presin


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Llamamos presin a la relacin que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

F P

S

=

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es elmetro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presin es el newton por metro cuadrado (N/m2)que recibe el nombre de pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2

Otra unidad muy utilizada para medir la presin, aunque no pertenece al Sistema Internacional, es elmilmetro de mercurio (mm Hg) que representa una presin equivalente al peso de una columna demercurio de 1 mm de altura.

En este caso la fuerza es el peso (W mg =

r) de la columna de mercurio por lo que mg P S =

Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad K por el volumen V (m V = ), alsustituir tendremos:

Vg P S = Como el volumen es el producto de la superficie de la base por la altura (V Sh = ), tenemosShg P S

=

Que podemos simplificar quedando: P hg = que nos permite calcular la presin en funcin de ladensidad, la intensidad del campo gravitatorio y la altura de la columna. Sustituyendo loscorrespondientes valores en la ecuacin anterior tenemos que: P hg = = (13600 3 kg m )(9.81 N Kg)(0.76 m) = 101300 2 N m = 101300 Pa. Segn la teora cintica, la presin de un gas estrelacionada con el nmero de choques por unidad de tiempo de las molculas del gas contra lasparedes del recipiente. Cuando la presin aumenta quiere decir que el nmero de choques porunidad de tiempo es mayor. 1 atm = 760 mm Hg Volumen El volumen es el espacio que ocupa unsistema. Recuerda que los gases ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se

encuentran. Unidades para medir el volumen. litro (L) y el mililitro (mL) Su equivalencia es: 1L = 1000mL Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el cm3 sonunidades equivalentes. Cantidad de gas La cantidad de gas est relacionada con el nmero total demolculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad degas es el mol. Un mol es una cantidad igual al llamado nmero de Avogadro: 1 mol de molculas=6,0221023 molculas 1 mol de tomos= 6,0221023 tomos 602.200.000.000.000.000.000.000 !!!La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de dicha sustancia: masaen gramos masa molar cantidad de moles = LEY DE AVOGADRO Relacin entre la cantidad de gasy su volumen Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relacinentre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presin.

Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles. El volumen es directamente proporcional a lacantidad de gas: Si aumentamos la cantidad de gas, aumentar el volumen. Si disminuimos la


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cantidad de gas, el volumen disminuye. Por qu ocurre esto? Vamos a suponer que aumentamos lacantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor nmero de molculas aumentar la frecuenciade los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presin dentrodel recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el mbolo se desplace hacia arribainmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del

recipiente) el nmero de choques de las molculas contra las paredes disminuye y la presin vuelvea su valor original. Tambin podemos expresar la ley de Avogadro as: V k n = El cociente entre elvolumen y la cantidad de gas es constante. Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1que ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta unnuevo valor n2, entonces el volumen cambiar a V2, y se cumplir: 1 2 1 2 V V n n = que es otramanera de expresar la ley de Avogadro. Ejemplo: Sabemos que 3.50 L de un gas contienen 0.875mol. Si aumentamos la cantidad de gas hasta 1.40 mol, cul ser el nuevo volumen del gas? (atemperatura y presin constantes) Solucin: Usamos la ecuacin de la ley de Avogadro: ( )( ) ( ) 1 2 21 2 2 5.6 L 3.5 L 1.4 mol 0.875 mol Vn V n V V = = = LEY DE BOYLE Relacin entre la presin y elvolumen de un gas cuando la temperatura es constante La ley de Boyle establece que la presin de

un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando latemperatura es constante fig.1. El volumen es inversamente proporcional a la presin: Si la presinaumenta, el volumen disminuye. Si la presin disminuye, el volumen aumenta. Por qu ocurreesto? Al aumentar el volumen, las partculas (tomos o molculas) del gas tardan ms en llegar a lasparedes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Estosignifica que la presin ser menor ya que sta representa la frecuencia de choques del gas contralas paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partculas esmenor y por tanto se producen ms choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presin. Lo queBoyle descubri es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el productode la presin por el volumen siempre tiene el mismo valor. Como hemos visto, la expresin

matemtica de esta ley es: PV K = El producto de la presin por el volumen es constanteSupongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presin P1 alcomienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces lapresin cambiar a P2, y se cumplir: 1 1 2 2 PV PV = Que es otra manera de expresar la ley deBoyle. Ejemplo: 4.0 L de un gas estn a 600.0 mmHg de presin. Cul ser su nuevo volumen siaumentamos la presin hasta 800.0 mmHg Solucin: Sustituimos los valores en la ecuacin 1 1 2 2PV PV = ( )( ) ( )( ) 2 2 600 mmHg 4 L 800 mmHg 3 L V V = = LEY DE CHARLES Relacin entre latemperatura y el volumen de un gas cuando la presin es constante En 1787, Jack Charles estudipor primera vez la relacin entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presinconstante y observ que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas tambinaumentaba y que al enfriar el volumen disminua fig. 2. El volumen es directamente proporcional a latemperatura del gas: Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. Si la temperaturadel gas disminuye, el volumen disminuye. Por qu ocurre esto? Cuando aumentamos latemperatura del gas las molculas se mueven con ms rapidez y tardan menos tiempo en alcanzarlas paredes del recipiente. Esto quiere decir que el nmero de choques por unidad de tiempo sermayor. Es decir se producir un aumento (por un instante) de la presin en el interior del recipiente yaumentar el volumen (el mbolo se desplazar hacia arriba hasta que la presin se iguale con laexterior).

5.1.1. Gas como estado de agregacin

Se denomina gas al estado de agregacin de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Suprincipal composicin son molculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atraccin, haciendo


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que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo elvolumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y deatraccin entre partculas resultan insignificantes. Es considerado en algunos diccionarios comosinnimo de vapor, aunque no hay que confundir sus conceptos, ya que el termino de vapor serefiere estrictamente para aquel gas que se puede condensar por presurizacin a temperatura

constante. Gas, sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son elslido, el lquido y el gaseoso. Los slidos tienen una forma bien definida y son difciles de comprimir.Los lquidos fluyen libremente y estn limitados por superficies que forman por s solos. Los gases seexpanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor quela de los lquidos y slidos.

5.1.2. Gas ideal

La ley de los gases ideales es la ecuacin de estado del gas ideal, un gas hipottico formado porpartculas puntuales, sin atraccin ni repulsin entre ellas y cuyos choques son perfectamente

elsticos (conservacin de momento y energa cintica). Los gases reales que ms se aproximan alcomportamiento del gas ideal son los gases monoatmicos en condiciones de baja presin y altatemperatura.

Empricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presin y el volumenque dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por mile Clapeyron en 1834.

Teora cintica molecular

Esta teora fue desarrollada por Ludwig Boltzmann y Maxwell. Nos indica las propiedades de un gasideal a nivel molecular.

Todo gas ideal est formado por pequeas partculas puntuales (tomos o molculas). Las molculas gaseosas se mueven a altas velocidades, en forma recta y desordenada. Un gas ideal ejerce una presin continua sobre las paredes del recipiente que lo contiene,

debido a los choques de las partculas con las paredes de ste. Los choques moleculares son perfectamente elsticos. No hay prdida de energa cintica. No se tienen en cuenta las interacciones de atraccin y repulsin molecular. La energa cintica media de la translacin de una molcula es directamente proporcional a la

temperatura absoluta del gas.

5.1.3. Gas real

Haciendo una correccin a la ecuacin de estado de un gas ideal, es decir, tomando en cuenta lasfuerzas intermoleculares y volmenes intermoleculares finitos, se obtiene la ecuacin para gasesreales, tambin llamada ecuacin de Van der Waals:

Donde:


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= Presin del gas ideal = Volumen del gas ideal = Moles de gas. = Constante universal de los gases ideales = Temperatura.

y son constantes determinadas por la naturaleza del gas con el fin de que haya la mayorcongruencia posible entre la ecuacin de los gases reales y el comportamiento observadoexperimentalmente.

5.1.4. Propiedades crticas

Como ya seal Van der Waals en 1873, cualquier ecuacin de estado para un gas real queest escrita en la forma de V = f(P,T) estar sujeta a restricciones matemticas en el punto triple.Estilizando un poco el diagrama anterior, y realizando una ampliacin esquemtica de la isotermaP-V en el rea crtica, podemos generalizar las isotermas P-V para un gas real:

pfluido supercrtico

(Pc, Vc)isoterma crtica (Tc)

lq + gascampana de ebullicin

V

Es de destacar el hecho que los volmenes de las fases coexistentes lquido y gas sobre lacurva de ebullicin tienden hacia una tangente comn horizontal en el punto crtico. Puesto que lasfases lquido y gas son continuas en el punto crtico, este volumen crtico tambin corresponder conun punto de inflexin en la isoterma crtica Tc. Por lo tanto tendremos que:

(p/V)Tc = 0 y (2p/V2)Tc = 0 (ecs. 19)

Si aplicamos estas condiciones a la Ecuacin de Van der Waals, podremos expresar lasconstantes a y b de la ecuacin 16 en funcin de la presin y temperatura crticos de los gases(variables conocidas y tabuladas para cada especie, Tabla 6.1):

a VdW = 0.4219 (R2T2c)/Pc (ec. 20)

b VdW = 0.1250 (RTc)/Pc (ec. 21)


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Y para el caso de la Ecuacin de Redlich-Kwong, tambin es vlido expresar los parmetros ay b en funcin de las propiedades crticas:

a R-K = 0.4275 (R2T2.5c)/Pc (ec. 22)

b R-K = 0.0866 (RTc)/Pc (ec. 23)

Es de notar que los parmetros a y b calculados de este modo son constantes.

A primera vista, estas ecuaciones parecen ser un uso misterioso de las constantes crticas delos gases, pero estas ecuaciones estn basadas en la teora de los estados correspondientes, queasegura que la propiedades P-V-T de todos los gases estn relacionadas con sus propiedades

crticas de una manera consistente. Para poder utilizar esta teora, hay que primero normalizar lapresin, temperatura y volumen con respecto a sus correspondientes valores crticos. Losparmetros normalizados se conocen como variables reducidas (e.g. presin reducida Pr-,temperatura reducida Tr- y volumen reducido Vr-).

Pr= P/Pc; Tr= T/Tc; Vr= V/Vc (ec. 24)

Para comprender el significado de esta teora, dividamos el factor de compresibilidad Z por elfactor de compresibilidad crtico Zc

y despejando Z y sustituyendo por los correspondientes valores reducidos, obtendremos,

Los clculos del factor de compresibilidad para una gran variedad de gases han mostrado queZc es bastante constante (variable entre 0.27 0.29), aunque existen importantes excepciones. Si seasumen un valor constante de Zc, encontramos que Z = f(Pr, T r) (no se introduce Vr ya que tan slodos de los tres parmetros P, V, T- son variables independientes, y es mucho ms fcil medir la P oT de un gas que su V). Esta ecuacin puede considerarse como una expresin algebraica de lateora de los estados correspondientes, puesto que implica que una ecuacin universal de estadoexiste por la cual la compresibilidad de cualquier gas puede calcularse en trminos de sus presionesy temperaturas reducidas. Por supuesto, esta ecuacin slo podr aplicarse a aquellos gases quetengan exactamente el mismo valor de Zc (ver ltima columna en Tabla 6.1). Se puede comprobarcmo los valores de Zc para el Ar, N2, O2 y CH4 son muy prximos a 0.29, el H2 es algo mayor (0.305)y el H2S, SO2 y CO2 son algo menores (0.27-0.28). Las molcula que muestran desviaciones ms

extremas son el NH3 (0.242), H2O (0.229) y los gases halgenos HCl (0.249) y HF (0.12). Ladesviacin observada es consecuencia de la tendencia polar de estas ltimas molculas.

)/()/)(/(

TcT

VcVPcP

Zc

Z

(ec. 25)

(ec. 26)

Tr

VrZcZ

Pr


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A pesar de todo, la teora del estado correspondiente es de gran utilidad para predecir losfactores de compresibilidad de los gases y funciona bastante bien si se tienen en cuenta suslimitaciones: hay que encontrar la funcin de Pry Trque mejor describan la mayor cantidad de gases.La aproximacin ms comn es de tipo emprico y est basada en el anlisis de los datos P-V-T para

un gran nmero de gases. La figura XXX es un ejemplo de estos tipos de diagramas que puedenutilizarse para predecir los factores de compresibilidad en funcin de la presin y temperaturasreducidas. Para la mayora de las molculas no polares, el valor de Z obtenido a partir de esta figuraest dentro del 5% del valor de Z medido.

Este mtodo es vlido para algunos gases (ver gases en Tabla 6.1 con valores de Zc 0.29),pero no es vlido para el gas de mayor importancia geolgica, el H2O. Por lo tanto, cualquierecuacin de estado para el H2O en donde se relaciones su teora de estado correspondiente paracalcular los parmetros ajustables est sujeta a error. Por el contrario, para gases como el CO2 elajuste entre lo medido y lo predicho por el modelo es bastante satisfactorio, aunque para altos

valores de Pr igual se observen diferencias. La concordancia entre la prediccin y la observacin esmuy pobre. Esto implica que cualquier ecuacin de estado para el H2O que se relacione con la teorade estado correspondiente para calcular los parmetros ajustables est sujeta a error. Por elcontrario, para el CO2, siendo en este caso bastante satisfactorio el ajuste entre lo medido y lopredicho por el modelo, aunque para altos valores de Prse observan diferencias notables.

5.1.5. Factor de compresibilidad

El factor de compresibilidad Z, es un factor de correccin, que se introduce en la ecuacin de estado

de gas ideal para modelar el comportamiento de los gases reales, los cuales se pueden comportarcomo gases ideales para condiciones de baja presin y alta temperatura, tomando como referencialos valores del punto crtico, es decir, si la temperatura es mucho ms alta que la del punto crtico, elgas puede tomarse como ideal, y si la presin es mucho ms baja que la del punto crtico el gastambin se puede tomar como ideal.

La desviacin de un gas respecto de su comportamiento ideal se hace mayor cerca del punto crtico.

Remitindonos a la seccin de gases ideales tenemos:

Introduciendo el factor de correccin Z:

Por lo tanto:


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El factor Z tambin se puede entender como:

Dondevactual: volumen especfico que se tiene del gas.videal: volumen especfico del gas tomado de la ec. de gas ideal.

SIGNIFICADO DEL VALOR DE Z

Si el valor de Z es igual a 1 esto indica que el gas se comporta como ideal. Si el valor de Z es mayoro menor que 1 el gas se comporta como un gas real. Mientras mas grande sea la desviacin del valorde Z con respecto a 1, mayor es la desviacin del comportamiento respecto al comportamiento idealdel gas.

Normalizacin de la temperatura y la presin

Los gases se comportan de forma similar a temperaturas y presiones normalizadas respecto a sustemperaturas y presiones crticas. Es decir, Z es aproximadamente igual a la misma presin ytemperatura reducidas para todos los gases.

PRESIN REDUCIDA

TEMPERATURA REDUCIDA

VOLUMEN ESPECFICO PSEUDORREDUCIDO

Donde

R=Rp: es decir, la constante particular del gas.


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5.2. Propiedades PVT5.2.1. Ley de Boyle

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle, como se la conoce a veces), formulada por Robert Boyle yEdme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presin de unacierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen es inversamenteproporcional a la presin:

PV = K

Donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

5.2.2. Charles

La ley de Charles y Gay-Lussac, frecuentemente llamada ley de Charles o ley de Gay-Lussac, es unade las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad degas ideal, mantenido a una presin constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.

La ley de Charles es una de las ms importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y hasido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios. Se expresapor la frmula:

V__ = KT

Donde:

V = es el volumen

T = es la temperatura absoluta (es decir, medida en kelvin)

K = es la constante de proporcionalidad

5.2.3. Gay-Lussac

La ley de Gay-Lussac de los volmenes de combinacin afirma que los volmenes de los gases queintervienen en una reaccin qumica (tanto de reactivos como de productos) estn en la proporcinde nmeros enteros pequeos. En relacin con estos estudios, investig junto con el naturalistaalemn Alexander von Humboldt, la composicin del agua, descubriendo que se compone de dos

partes de hidrgeno por una de oxgeno. Unos aos antes, Gay-Lussac haba formulado una ley,independientemente del fsico francs Jacques Alexandre Charles, que afirmaba que el volumen de


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un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta si la presin se mantiene constante;hoy se conoce como ley de Charles y Gay-Lussac.

Cuando se investiga experimentalmente como depende entre s el volumen y la temperatura de ungas a una presin fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura.

Esta relacin se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamentepor:

V = V0 (1 + t)

Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 C, es una constante que tieneaproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius. Estaecuacin establece que el volumen de un gas aumenta linealmente al aumentar su temperatura.

Quimica t5 Gases

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