Al considerar la característica de los gases, hay que comenzar con la atmósfera terrestre, que es una compleja mezcla de muchas sustancias simples,

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Estado Gaseoso

1.1 CONCEPTO DE GAS IDEAL Y GAS REAL.

Característica de los gases

Al considerar la característica de los gases, hay que comenzar con la atmósfera terrestre, que es una compleja mezcla de muchas sustancias simples, algunas atómicas y otras formadas por moléculas pequeñas, consiste principalmente en N2 (molecular 78%) y O2 (21%) y unos cuantos elementos más como (H2, F2, Cl2) en condiciones de temperatura y presión normal. Los gases  nobles (He, Ne, Ar, Kr, y Xe) y algunos compuestos moleculares.

Los gases difieren significativamente de los sólidos y los líquidos, un gas se expande espontáneamente hasta llenar su recipiente, el volumen de un gas es el del recipiente, son muy comprensibles, forman mezclas homogéneas unos con otros sin importar identidades ni proporciones relativas de los gases. Las propiedades características de los gases se debe a que las moléculas individuales están relativamente alejadas unas de otras y cada molécula se comporta en gran medida como si no estuvieran otras presentes.

Grupos compuestos comunes que son gases a temperatura ambiente.

Propiedades de los gases:

Los gases tienen tres propiedades características.

1. Son fáciles de comprimir (combustión interna de un motor).
2. Se expanden para llenar sus recipientes.
3. Ocupan mucho más espacio que masas equivalentes de líquidos o sólidos bajo condiciones atmosféricas normales.

1.2 TEORIA CINETICA DE LOS GASES

Se pueden explicar las propiedades y características de los gases por medio de la teoría cinética de los gases, que intenta explicar las propiedades de los gases en términos de las fuerzas que existen entre las moléculas de gas y la energía de estas moléculas, que estipula:

1. Casi todos los gases se componen de moléculas (los gases nobles están compuestos de átomos y no de moléculas), los átomos de los gases nobles no se combinan fácilmente con otros átomos.
2. Las fuerzas de atracción entre las moléculas de gas se incrementan conforme las moléculas se mueven más juntas unas de otras. A presión atmosférica y temperatura normal, las distancias entre las moléculas de gas son grandes comparadas con su tamaño y las fuerzas de atracción son muy pequeñas.
3. Las moléculas de gas siempre están en movimiento, a menudo chocan con otras moléculas o con recipiente que las contenga. Las moléculas no se mantienen unidas después de que ocurre la colisión y no pierde ninguna energía debido a estas colisiones.
4. Cuando se eleva la temperatura, las moléculas de gas se mueven más rápido y se mueven más lentamente cuando la temperatura disminuye.
5. Todas las moléculas de gas (pesadas y ligeras) tienen la misma energía cinética promedio (energía de movimiento) a la misma temperatura.

Gas ideal

Se le llama así a un gas se comporta exactamente como la teoría cinética bajo todas sus condiciones de temperatura y presión, donde las moléculas no tienen atracción unas con otras. En la naturaleza no hay gases ideales, solamente gases reales hidrogeno (H2), helio (He), oxígeno (O2).

Gas real

Es un gas que no obedece por completo los postulados de la teoría cinética. A temperaturas muy bajas y presiones muy altas los gases reales no exhiben comportamiento ideal (las moléculas están muy cercas). Bajo condiciones moderadas de temperatura y presión, las fuerzas de atracción son mínimas y los gases reales se comportan como gases ideales, esta característica permite usar la teoría cinética para vaticinar el comportamiento de los gases reales.

Temperatura

No es más que una medida cuantitativa del grado en el que un objeto está caliente o frio. Se pueden medir en escalas relativas (Centígrado y Fahrenheit) que comparan la temperatura de un sistema con patrones arbitrarios. Absolutas (Kelvin), un objeto que tiene una temperatura de 0°C, tiene una temperatura de 32 °F y 273 °K.

La escala Kelvin tiene una interpretación muy interesante a cero absoluto (-273 °C), las unidades que forman una sustancia: átomos, moléculas o iones están a la mínima distancia entre sí y su movimiento es mínimo y cuando se empieza a calentar una sustancia, los átomos, moléculas e iones comienzan a moverse y a vibra (energía cinética), la escala Kelvin es igual en magnitud a un grado Celsius.

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Cada línea representa la variación a una cierta presión, todos los gases terminan por condensarse (se vuelven líquidos) si se enfrían a temperaturas muy bajas; las líneas solidas representan la región de temperatura por arriba del punto de condensación, al extrapolarlas (líneas interrumpidas), todas coinciden en el punto que representa el volumen cero a una temperatura de -273 °C

Presión

El físico-matemático italiano Evangelista Torricelli descubrió que el aire ejerce una presión sobre los objetos que toca. Lleno un tubo con mercurio sellado de un extremo, volteándolo y colocándolo sobre un tazón lleno de mercurio, observando que la mayor parte permanecía en el tubo. A nivel del mar la altura del mercurio era de 760 mm. En su honor la presión que sustenta una columna de mercurio a 1 mm de alto se conoce como 1 torr.

A nivel del mar la presión del aire promedio es de 760 torr = 1 atm.

Se entiende como la fuerza normal que actúa sobre un área dada A

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Sabiendo que los gases ejercen una presión sobre cualquier superficie con la que están en contacto.

La presión real (Pabs)

En un punto determinado del sistema se llama presión absoluta, debido a que se mide en forma relativa a una presión absoluta de cero (presión que se mide en relación con un vacio perfecto).

Presión atmosférica (Patm)

La atmosfera es la presión de referencia. Es un indicador de la variación de la Patm, y también se le llama presión barométrica

Presión manométrica (Pman)

Es la diferencia entre la presión absoluta del fluido y la presión atmosférica, se debe efectuar en relación con una presión de referencia.

La ecuación que relaciona estas presiones es:

Pabs = Pman + Patm         sabiendo que:

1. Un vacio perfecto es la presión más baja posible  una Pabs siempre será positiva.[pic 6]
2. Una Pman superior a la Patm siempre es positiva.
3. Una Pman inferior a la Patm es negativa (vacio).
4. La Pman se mide en Pa, psi
5. La Pabs se mide Pa. psi.
6. La Patm varia con el lugar
7. La Patm cerca de la superficie de la tierra es 95 – 105 KPa o 13.8-15.3 psi . A nivel del mar Patm es de 101.3 KPa ó 14.69 psi.

lbf =4.4482 N

psf = lbf/pie2

psi = lb/plg2

slug= lb.s2/pie

1Pa = N/m2

1 atm = 760 mm de Hg = 760 torr.= 1.013 bars = 1.013 x 105 N/m2 = 14.696 lbf/plg2 (psi)

1.2.1 Ley de Graham (Difusión y efusión)

Tomas Graham utilizo un aparato para estudiar la difusión, el aparato consiste en un tubo de vidrio sellado en un extremo con yeso, con poros para permitir que un gas entre y salga del tubo. Se llena el tubo con H2 gaseoso, el nivel del agua dentro del tubo sube lentamente, por que las moléculas de H2 escapan a través de los poros con más rapidez con la que el aire puede entrar, al estudia la rapidez con que cambia el nivel del agua obtuvo datos sobre la rapidez con que el gases distintos se mezclan en el aire.

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