INTRODUCCIÓN
En el universo todo
está formado por materia; es tolo lo que ocupa un lugar en el espacio, tiene
peso y principalmente “no se crea ni se destruye; solo se transforma. Esta
materia la podemos encontrar en tres estados de agregación o estados físicos:
sólido, líquido y gaseoso. Aunque últimamente se han logrado descubrir un
estado más que se lo llama plasmático.
Para comprender
todos estos cambios físicos que tiene la materia, es necesario entender algo
llamado Teoría Cinética de la Materia. También se la conoce como Teoría
Cinético-Molecular, a lo largo de la investigación trataremos solo algunos
aspectos sobre ella. Uno de los conceptos básicos de la teoría argumenta que
átomos y moléculas poseen una energía cinética o de movimiento, que percibimos
en la temperatura. Es decir, que mientras más energía hay, mayor movimiento
molecular y por la tanto mayor su temperatura. Pero lo que queremos entender es
cómo es que cambian estos estados. La forma más sencilla para explicarlo es:
cohesión y repulsión de las moléculas.
Si las moléculas son dominadas por la fuerza de cohesión y existen muy
pocos espacios intermoleculares, entonces será estado sólido; si estas
moléculas presentan un equilibrio entre fuerzas de cohesión y repulsión, será
estado líquido; y si las moléculas se mueven libremente predominando la fuerza
de repulsión y existen grandes espacios intermoleculares, estaríamos hablando
del estado gaseoso.
Los gases, igual
que los líquidos, no tienen forma fija
pero, a diferencia de estos, su volumen
tampoco es fijo. También son fluidos,
como los líquidos.
En esta ocasión el
tema principal de nuestra investigación será: el estado gaseoso.
Propiedades generales de los gases
·
FORMA
Poseen una alta entropía
(desorden molecular) debido a las fuerzas de expansión y cohesión, por lo tanto
tienen grandes espacios moleculares.
Debido a su nivel
de expansibilidad adoptan la forma y el
volumen del recipiente o lugar en donde se encuentren.
·
VOLUMEN
Por su
comprensibilidad el volumen de un gas se puede reducir fácilmente si se aplica
una fuerza externa, esto se debe a un fenómeno que ya mencionamos: los espacios
intermoleculares.
Es muy fácil que
varios gases se mesclen uniformemente en un solo recipiente, formando un nuevo
gas y cambiando sus características.
·
DIFUCIÓN
Debido a su a su
difusión las moléculas de un gas se pueden trasladar a través de un cuerpo material,
por su alta energía cinética y entropía. Por ejemplo el Co2 en las bebidas gaseosas, el H2 en el Pt (platino), gas lacrimógeno en el aire.
·
DENSIDAD
Los gases son muy livianos en comparación con
los cuerpos líquidos y sólidos. Se dilatan, porque la energía cinética de sus
moléculas es proporcional a la temperatura aplicada.
En resumen existen
varios aspectos que afectan el comportamiento de un gas, los cuales son:
volumen, densidad, presión, temperatura, cantidad. Todo esto se lo explicara a
lo largo de la investigación.
Leyes de los gases
Las primeras leyes
de los gases fueron desarrolladas a finales del siglo XVII, cuando los científicos
realizaron trabajos con los gases reales y se dieron cuenta de que existía una
relación entre presión, temperatura y volumen de una muestra de gas se podría
obtener una fórmula que sería válida para todos los gases.
Como una necesidad
para explicar estas leyes experimentales, los científicos tuvieron que crear una
teoría cinético-molecular e inventar un modelo perfecto de gas (gas ideal).
Las principales leyes
que rigen el estado gaseoso son:
a)
Ley de Boyle o Boyle Mariotte
b)
Ley de Charles
c)
Ley de Gay-lussac
d)
Ley combinada- Ecuación general
e)
Hipótesis y número de Avogrado
f)
Ley de Dalton
g)
Ley de Graham
a) Ley de Robert Boyle(1662):
Proceso isotérmico. Presión y volumen de un gas
Iso= igual
Termo= temperatura
La ley de Boyle
muestra que:
Para una cierta cantidad de
gas a una temperatura constante (proceso isotérmico), el volumen del gas es
inversamente proporcional a la presión de dicho gas.
Esto significa que si la presión aumenta, el volumen reduce en la misma
proporción. Esta relación matemáticamente se la expresa:
|
V=constante
x 1 ó VP=constante
p
|
El estado inicial y el estado final de cualquier gas se puede expresar
mediante la ecuación:
|
P1 x V1 = P2 x V2 o también V1 = P2
V2 P1
|
P1 = Presión inicial
P2=
Presión final
V1= Volumen Inicial
V2= Volumen final
Por lo tanto el volumen varía inversamente proporcional a la
temperatura.
b)
Ley de Charles(1787): Proceso isobárico.
Temperatura y volumen de un gas
Iso= igual
Barico= presión
Para una cierta cantidad de
gas a una presión constante(proceso isobárico),los volúmenes de los gases son
directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas.
Es decir que al duplicar la temperatura absoluta de 150 a 300k, el
volumen del gas también se duplica.
Esta ley se fundamenta en el principio
que dice que todo cuerpo por acción
del calor se dilata. La Ley de Charles, matemáticamente tiene la
siguiente fórmula:
|
V = contante (K)
T
|
El estado inicial y final de cualquier gas se expresa así:
|
V1 = V2 o también V1 x T2= V2 x T1
T1 T2
|
Por lo tanto, el volumen varía directamente proporcional a la
temperatura.
c)
Ley de Gay-Lusacc(1802): Proceso isocórico o
isométrico. Presión y temperatura de un
gas
Iso= igual
Metri= volumen
Si el volumen de un gas
permanece constante (proceso isocórico), las presiones que ejercen los gases
son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas.
Es decir; que al reducir la temperaturas de 200 a 100 K, la presión del
gas también se reduce en la misma proporción. Matemáticamente, esta ley se
expresa:
|
P = constante
(k)
T
|
El estado inicial y final de P y T de cualquier gas o volumen constante,
se expresa con la fórmula:
|
P1 = P2 o también P1 x T2 = P2 x T1
T1 T2
|
Por lo tanto, la presión aumenta directamente proporcional a
la temperatura.
Gases Reales
ÒNo se expanden infinitamente, sino que llega un momento en el que no ocuparían más volumen.
ÒEl comportamiento de un gas suele concordar más con el comportamiento ideal cuanto más sencilla sea su formula química y cuanto menos sea su reactividad.
ÒTambién ser pierde idealidad o el gas se hace real, en condiciones extremas como: altas presiones o temperaturas.
EJERCICIOS
1. En un recipiente de 1 L, a 2 atm de
presión y 300 K de temperatura, hay 2,6 g de un gas. ¿Cuál es la masa molecular
del gas?
2. La ley de Boyle establece que la
presión y el volumen de un sistema gaseoso son inversamente proporcionales.
Según esto, si aumentamos el volumen de un gas al doble, ¿qué le ocurre a la
presión del mismo?
3. En el envase de cualquier aerosol
podemos leer que no debemos arrojarlo al fuego ni aún vacío. ¿Por qué el
fabricante está obligado a hacer esa advertencia? ¿En qué ley de los gases te
basarías para explicar la advertencia?
4. Se introducen 3,5 g de
nitrógeno,
en un recipiente de 1,5 L. Si la temperatura del
sistema es de 22 ºC, ¿cuál es la presión del recipiente? Si calentamos el gas
hasta los 45 ºC, ¿cuál será la nueva presión si el volumen no varía?
5. Un gas ocupa un volumen de 250 mL a
la temperatura de 293 K. ¿Cuál será el volumen que ocupe cuando su temperatura
sea de 303 K? Enuncia la ley de los gases que usas para hacer el problema.
BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFÍA
·
Libros:
GARZÓN, Guillermo.
FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL 2°Edi.
Litoarte.
Naucalpan de Juárez, Edo. De México. 53519
Ministerio De
Educación Del Ecuador. FÍSICA Y QUÍMICA. 1°Edi. 2°de Bachillerato. EditoGRAM
S.A. Quito Ecuador.
·
Paginas:
Propiedades de los
gases:
http://www.fullquimica.com/2011/10/propiedades-generales-de-los-gases.html
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3075/Capitulo4.pdf
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesPropiedades.htm
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesModeloCorpuscular.htm
Leyes de los gases:
http://www.monografias.com/trabajos91/leyes-gases-quimica/leyes-gases-quimica.shtml
http://html.rincondelvago.com/leyes-de-los-gases.html
http://www.emagister.com/curso-iniciacion-fisica/presion-gases