gases 2011

01/06/2011

1

ESTADO GASEOSOPROPIEDADES DE LOS GASES

Bibliografa: Qumica la Ciencia Central- T.Brown, H.Lemay y B. Bursten. Qumica General- McMurry-FayPrincipios de Qumica- P. Atkins y L. Jones. Quimica General- R. Petruci, W.S. Harwood y F.Herring."Quimica" R. Chang.

ESTADOS DE LA MATERIAESTADOS DE LA MATERIA

Estados de la materia

Slido Lquido Gaseoso

En condiciones de P y T adecuadas lamayora de las sustancias puedeexistir en cualquiera de los tresestados de la materia.

SlidoSlidoLquidoLquido

VaporVapor

(gases) < (lquido) < (slido)

PROPIEDADES DE LOS GASESPROPIEDADES DE LOS GASES

Caractersticas generales:Caractersticas generales:

Se expanden espontneamente.

No tienen forma definida.

Son fcilmente compresibles.

Forman fcilmente mezclas entre si (Ej: aire) Tienen baja densidad

VAPORVAPOR:: fase gaseosa de una sustancia que es slida olquida a T y P ambiente.

Diferencia entre Gas y VaporGASGAS: sustancia que se encuentra en estado gaseoso a T y P ambiente.

11 elementos son gases en condiciones ordinarias

de P y T.Ejemplos de algunos Ejemplos de algunos

compuestos moleculares compuestos moleculares gaseososgaseosos

Ejemplos de algunos Ejemplos de algunos compuestos moleculares compuestos moleculares

gaseososgaseosos

HF HCl HBr HINO N2O NO2 NH3CO CO2 SO2 SO3HCN H2SCH4 C3H8 C4H10

PRESIN DE UN GASPRESIN DE UN GAS

AFP ====

Qu ocurre cuando inflamos la goma de una bicicleta?

Fuerza: en Newtons (N) rea: en m2

PresinN/m2 = Pa

Pa = unidad SI de la Presin.

Unidades SI Unidades SI (Sistema internacional de Unidades):(Sistema internacional de Unidades):

PRESIN ATMOSFRICAPRESIN ATMOSFRICAPresin que ejerce la atmsfera sobre la superficie terrestre por efecto de la gravedad (g).

VaraVara concon lala altitud,altitud, concon laslas condicionescondiciones climticasclimticas yy concon lalatemperaturatemperatura

1m2 de columnade masa de airem = 10.000 kgFuerza de

la gravedad

La presin atmosfrica se reduce: a mayor altitud. al aumentar la humedad. al aumentar la temperatura.

01/06/2011

2

Cmo se mide la P de un gas?Cmo se mide la P de un gas?

De manera indirecta, comparndola con laPresin de un lquido.

m = masa del lquido de densidad

m = .V = . h. A

P = . h. gV = h.A

Vm

====

Ag.m

AFP ========

g = aceleracin de la gravedad

Ag.A.h.

Ag.V.

AFP ============

Depende slo de la altura de la columna delquido y de su densidad.

h

Cmo medimos la presin atmosfrica?

P = P = . h. g. h. g

h = altura de la columna de Hg, proporcional a la presin atmosfrica

1mm Hg = 1 Torr

1 atm = 760 mm = 760 Torr

Barmetro

P ejercida por una columna de Hgde altura h = 760 mm, cuando:(Hg) = 13,6 g/cm3 y g = 9,8 m/s2

Presin atmosfrica estndar

P = 1,013 x 105 N/m2 = 1,013 x 105 Pa = 101,3 KPa1 atm

P atm

Vacio

1 bar = 105 Pa = 100KPa = 1000hPa

1 atm = 760 Torr = 760 mm Hg

1 atm = 1,013.105 Pa = 101,3 KPa = 1013 hPa

Relacin entre distintas unidades de PresinRelacin entre distintas unidades de Presin

1 atm = 1,013 bar = 1013 mbar

Ejemplo de conversin de presionesEjemplo de conversin de presiones

La P de un gas es 49 torr. Exprsela en mm Hg, atm, bar, mbar, Pa y kPa.

atm 0.064torr 760

1atmtorr 49 ====

Pa 6531torr 760Pa 10 1,013xtorr 49 5 =

49 torr = 49 mm Hg

mbar 65 bar 0.065torr 760bar 1,013torr 49 ==

kPa 6,531hPa 65,31Pa 6531 ==

Por qu en el barmetro se emplea Hg y no agua?Por qu en el barmetro se emplea Hg y no agua?

h(H2O) = [(Hg)/ (H2O)] x h(Hg)

Ejemplo: Cul ser la altura de una columna de agua que ejerce la misma P que una columna de Hg de h = 76 cm?

P = . h. g

para alcanzar la misma presin: h(H2O) >> h(Hg)(Hg) >> (H2O)

P(Hg) = (Hg). h(Hg). g P(H2O) = (H2O). h(H2O). g

(Hg). h(Hg). g = (H2O). h(H2O). g

h(Hh(H22O) = 10,3 mO) = 10,3 m

H(h

Que propiedades determinan el comportamiento fsico Que propiedades determinan el comportamiento fsico de un gas?de un gas?

a) La cantidad de gas (moles = n)b) El volumen (V)c) La temperatura (T en Kelvin)d) La presin (P)

Vinculadas medianteuna ecuacin deestado denominadaecuacin de losgases ideales.

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

01/06/2011

3

GASES IDEALES Aquellos que cumplen con ciertas leyes empricas. Estas leyes establecen la relacin que existe entre dos delas variables cuando se mantienen constantes las otras dos.

Boyle

CharlesAvogadro

Ley de:Ley de: Se mantienen constantesSe mantienen constantes

n y T(K)n y PP y T(K)

Volumen molar:Volumen molar: En CNPTEn CNPT un un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros.

Condiciones normales de presin y temperatura (CNPT)Condiciones normales de presin y temperatura (CNPT)::P = 1 atm, T = 273,15 K (0C)

EcuacinEcuacin

P 1kV 1 =

V = k2 T(K)V = k3 n

ECUACIN DE LOS GASES IDEALES: PV = nRT

Combinado las leyes empricas de los gases:

Boyle

Charles

Avogadro

P.V = n.P.V = n.RR..TT

R = 0,082 atm.l/mol.K = 8,31.107 ergios/K.mol = 8,31 J/K.mol

gases) los de cte( RnTPV

====

Ley de: Ecuacin Se mantienen Se mantienen constantesconstantes

P 1kV 1 =

V = k2 T

V = k3 n

n y T

n y P

P y T

P n.T

.kkkV 321. =

RR

Reordenando se obtiene:

ECUACIN DE LOS GASES IDEALES

P.V = n.R.TP.V = n.R.T

PnRTV ====

VnRTP ====

RTPV

n ====

nRPVT ====Si n = cte ctenR

TPV

========

222

111

TVP

TVP

====Condiciones iniciales Condiciones Finales

Ecuacin de estado, describe larespuesta de un gas ideal a loscambios de P, V, T y n Ley lmite

APLICACIONES DE LA ECUACIN DEL GAS IDEAL

a) Determinacin de la densidad de un gasa) Determinacin de la densidad de un gas

P.V = n.R.T

b) Determinacin del peso molecular de un gasb) Determinacin del peso molecular de un gas

M.Vm

Vn

T.RP

========

= m/V

T.RM.P

====n = m /M, (donde M = PM)

PT.R.

V.PT.R.mM ========

MEZCLAS DE GASES Y PRESIONES PARCIALESMEZCLAS DE GASES Y PRESIONES PARCIALES

Ley de Dalton: La presintotal de una mezcla degases, que no reaccionanentre s, es igual a la sumade las presiones parcialesque cada gas ejercera siocupara l solo el volumendel recipiente que loscontiene.

Presin parcial de un gas:Presin parcial de un gas: es la presin de cada gas en una mezcla

LEY DE DALTONLEY DE DALTON

PPTT = n= n11(RT/V) + n(RT/V) + n22(RT/V) + +n(RT/V) + +nXX(RT/V)(RT/V)

X1 + X2 + + XX = 1

Consideremos una mezcla de X gases: PT = P1 + P2 +P3 + PX

PT = nTotal (RT/V)

X1 = fraccin molar

Si cada gas obedece la ecuacin del gas ideal, entonces:

PT = (n1 + n2 + nX)(RT/V)nnTotalTotal

1T1

T1

T1 X

n

n

)V/RT(n)V/RT(n

PP

============

Cmo relacionamos la PP de un gas con la PT?

01/06/2011

4

TEORA CINTICA MOLECULAR (gases ideales)TEORA CINTICA MOLECULAR (gases ideales)

1.- Gas: consiste de muchas molculas enmovimiento continuo y desordenado. (Molculasalejadas unas de otras, mucho espacio vaco).2.- El volumen de las molculas de gas esdespreciable respecto al del recipiente que lascontiene.

Las molculas del gas se mueven en lnea recta hasta quecolisionan.

3.- Las fuerzas de atraccin y repulsin entre las partculas de gas son despreciables.

4.- Durante las colisiones la energa puedetransferirse de una partcula a otra, pero, si T escte, la energa cintica promedio no cambia.

TEORA CINTICATEORA CINTICA--MOLECULARMOLECULAR5.- La energa cintica promedio de las partculas slo semodifica con T:

CC ~ ~ T(absoluta)T(absoluta)

M3RT

v__

=

A T = cte, las molculas de todoslos gases tienen la misma energacintica promedio.

v depende de T y de la naturaleza del gas (M)

cte.T

cte.Tcte.T

cte.Tv

vv

vm

mm

m

2

22

2

1

11

1

2

22

2

_

__

_

=

FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN Son una consecuencia de las propiedades cinticas de lasmolculas.

Efusin:Efusin:

Fenmeno mediante el cul las molculas de gasescapan a travs de un pequeo orificio desde unaregin de alta presin hacia el vaco o hacia unaregin de menor presin.

Las molculas efunden por el pequeo orificio del tabique

Se abre un pequeo

orificio en el tabique

FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN

DifusinDifusinProceso mediante el cul las molculas de gasse mezclan gradualmente unas con otras.

Se saca el tabique que los separa

FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN FENMENOS DE EFUSIN Y DIFUSIN

Ley de Graham: En iguales condiciones de P y T, la velocidadde efusin (o de difusin) de una sustancia gaseosa esinversamente proporcional a la raz cuadrada de su masamolar :

12

21

MM

v

v=Si tenemos dos gases de masa

molar M1 y M2 entonces se cumple:

> M < vefusin > tefusin12

21

12

MM

v

v

tt

========

11 M

1v ====

a) Frecuencia de los choques: nmero de molculas quechocan con las paredes del recipiente por unidad detiempo

b) Fuerza con que las molculas chocan contra la pared.

Recordar la Presin de un gas depende:

1.- Presin del gas 2.- Compresibilidad del gas

Propiedades de los gases ideales: interpretacin mediante Propiedades de los gases ideales: interpretacin mediante la Teora cintica molecular.la Teora cintica molecular.

01/06/2011

5

Teora cintica: interpretacin de los leyes de los gases idealesTeora cintica: interpretacin de los leyes de los gases ideales

c = cte

3,0 l 1,5 l

3.- Ley de Boyle: V = k1 /P

Condiciones n y T = cte

Igual N de molculas en un V menor Mayor N molculas por unidad de Volumen

Si V disminuyeINTERPRETACIN:INTERPRETACIN:

Frecuencias de choques mayor mayor P.


V = k2 .T

1,5 l 3,0 l

T = 300 K T = 600K

Condiciones: n y P = cte

frecuencia de choques = cte

Si T aumenta:

El gas se expande (V aumenta)

Para mantener P cte

4.- Ley de Charles y Gay-Lussac:

INTERPRETACIN:INTERPRETACIN:

v ycE

Debe aumentar la distancia entre partculas


4.- Ley de Charles y Gay Lussac: P = cte.T

T2

T1

T2 > T1

Condiciones n y V = cte

C = mv2 = cte.T

Aumenta la frecuencia de los choques P aumenta

INTERPRETACIN:INTERPRETACIN: T(K)cE

Si T aumenta:

v ycE

V = cte


5.- Ley de Avogadro: V = cte.n

Condiciones: P y T = ctes

Si n aumenta, para evitar el aumento de las colisiones con las paredes del recipiente (P = cte) aumenta V.

son constantes

v ycE

INTERPRETACIN:INTERPRETACIN:

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES REALESCOMPORTAMIENTO DE LOS GASES REALES

1) Las molculas del gas no tienen volumen. Videal = 02) Las Fuerzas intermoleculares son despreciables. (Ej: puede enfriarse el gas hasta T = 0 K sin que el gas condense)

GasGas RealReal:: No cumple con los postulados de la TCM

Gas Gas IdealIdeal

A altas presiones y bajas temperaturas un gas se aparta del comportamiento ideal.

Los gases se comportan idealmente a bajas presiones y altas temperaturas.

Por qu los gases reales no cumplen on la TCM? Por qu los gases reales no cumplen on la TCM?

1) Las molculas ocupan un cierto espacio tienen volumen.

2) A altas P y bajas T, las fuerzas intermoleculares no son no son despreciablesdespreciables

Ej: si se enfra o si se comprime un gas lo suficiente stecondensa en un lquido.

La Ecuacin de los gases ideales PV = nRT ya no es operativa. Se requiere una nueva ecuacin que contemple estos efectos.

01/06/2011

6

V(gas real) > V(gas ideal)

1) Efecto del volumen de la partculas de gasGas Ideal:Gas Ideal:

V = volumen disponible

Gas Real:Gas Real: tiene volumen

A T = 0 K V 0P

nRTV ====

volumen del recipiente

b = volumen ocupado por un mol de gas real a T = 0

nbVV realideal ====

V recipiente V partculas

A T = 0 K V = 0

Volumen disponible

V de n moles

[b] = l/mol

GASES REALES: GASES REALES: Ecuacin de van der WaalsEcuacin de van der Waals Por qu los gases reales no cumplen on la TCM? Por qu los gases reales no cumplen on la TCM?

P(gas real) < P( gas ideal)

2

2realideal V

anPP ++++====

Correccin por fuerzas intermoleculares

[a] = l2.atm/mol2

Disminuye la frecuencia de choque contra las paredes del recipiente.

2) Efecto por las fuerzas intermoleculares

GASES REALES: GASES REALES: Ecuacin de van der WaalsEcuacin de van der Waals

nRTnb).(VVanP 2

2====

++++ 2

2

Van

nbVnRTP

====

P.V = n.R.TEcuacin del gas ideal:

Correccin de la P por Fuerzas intermoleculares 2

2realideal V

anPP ++++====

Correccin por V de las partculas nbVV realideal ====

Ecuacin de van der WaalsEcuacin de van der Waals

GAS REAL

[b] = l/mol [a] = l2.atm/mol2

gases 2011

Documents