Gases y fuerzas intermoleculares

Gases y fuerzas intermoleculares

Tema: Gases 

Sustancias que existen como gases:

• Hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor y cloro (como moléculas diatónicas).
• Todos los elementos del grupo 8ª son gases monoatómicos (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn).

¿Qué son alótropos? Es una de dos o más formas diferentes de un elemento. Ejemplo: un alótropo del oxígeno ozono es un gas a temperatura ambiente.

Presión

La presión se define como la fuerza aplicada por unidad de área. La unidad SI es el Pascal que es [pic 1]

La presión atmosférica es la presión que ejerce la atmosfera de la tierra. El valor real de la presión depende de la localización, temperatura y las condiciones climáticas.

Conversiones: 1atm= 760 mmHg= 1.01325×105Pa

Leyes de los gases

• Ley de Boyle (Relación presión- volumen)

La presión de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen del gas. P1V1=P2V2

• Ley de Charles

El volumen es directamente proporcional a la temperatura. [pic 2]

Conversiones: De °C a °K= sumarle 273 y de °F a °K= sumarle 459,67

• Ley de Lussac

La presión que ejerce es directamente proporcional a la temperatura. [pic 3]

• Ley de Avogadro

El volumen de un gas a temperatura y presión constante es proporcional al número de moles de un gas. [pic 4]

• Ecuación del gas ideal

Explica la relación entre las cuatro variables. PV= nRT (R= 0.082057 L×atm/K×mol)

Aclaración: Ante problemas que especifican a TPE significan que están a temperatura y presión estándar (0°C y 1 atm)

Ante problemas en donde necesitamos trabajar cambios de temperatura, presión y volumen o incluso cantidad de gas.  (Normalmente la cantidad de gas no cambia por lo que a la ecuación anterior se le eliminaría n1 y n2)[pic 5]

Cálculos de densidad

Recordemos que se expresa en gramos por litro o en gramos por mililitro. [pic 6]

• Ley de Dalton de las presiones parciales

La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo.

Xi=ni/nt La fracción molar (Xi) es una cantidad adimensional que expresa la relación del número de moles de un componente con el número de moles de todos los componentes.

Pi= XiPt

Pt= P1+P2

Tema: Distribución de las velocidades moleculares 

Raíz de la velocidad cuadrática media

Mediante la velocidad cuadrática media calculamos la velocidad molecular promedia a una temperatura dada. [pic 7]

R= 8.314 J/K×mol

Ley de Graham

Bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, la velocidad de difusión de los gases es inversamente proporcional a la raíz de sus masas molares

Difusión: mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro gas, en virtud de sus propiedades cinéticas.

Efusión: es el proceso mediante el cual un gas bajo presión se escapa de un compartimiento de un contenedor a otro atravesando por un pequeño orificio.

[pic 8]

Ecuación de Van der Walls

La Ecuación de Van der Walls es la modificación de la ecuación del gas ideal. Puesto que en ella toma en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volúmenes moleculares infinitos.

[pic 9]

Tema: Fuerzas intermoleculares 

[pic 10]

• Fuerzas dipolo-dipolo

Son fuerzas de atracción que existen entre moléculas polares, es decir entre moléculas que poseen momentos dipolares. Se explica mediante la ley de Coulomb. A mayor momento dipolar, mayor será la fuerza.

Las fuerzas de atracción entre dos dipolos, es más intensa en cuento que la diferencia de electronegatividad sea mayor.

¿Qué es el momento dipolar? Es un vector que permite cuantificar la asimetría de cargas en una molécula. Este se orienta hacia el elemento más electronegativo. La forma de la molécula afecta el momento dipolar.

• Fuerzas ion- ion

Son las fuerzas que existen entre iones con igual o distinta carga. La magnitud de esta fuerza, se explica mediante la ley de Coulomb.

En muchos casos esta fuerza explica la interacción ente los iones Na y Cl en el cloruro de sodio y compuestos iónicos o especies cargadas.

• Fuerzas ion- dipolo

Son las fuerzas que existen entre un ion y una molécula polar. La intensidad de esta interacción depende la carga del ion, tamaño del ion, magnitud del momento dipolar y tamaño de la molécula.

En general los cationes experimentan una interacción más fuerte con los dipolos que un anión. Debido a que en parte los cationes son más pequeños que los aniones, si estos son isoeléctricos.

Fuerzas de dispersión

• Fuerzas ion- dipolo inducido

Fuerzas debido a la interacción de un ion y una molécula no polar o átomo. La probabilidad de inducir un momento dipolar depende de la carga del ion, fuerza del dipolo y la polarizabilidad de la molécula.

Moléculas con mayor número de electrones (densidad electrónica), son más propensas a polarizarse. En este momento existirá un dipolo transitorio o inducido.

• Fuerzas hidrofóbicas

Un ejemplo claro de estas fuerzas, es la que se da entre las moléculas hidrofóbicas (no polares) como los lípidos, fosfolípidos con el agua.

Hidrofóbicas se refieren a que repelen el agua, de aquí se deriva lo que llamamos el efecto hidrofóbico. Estas fuerzas son las responsables de que los fosfolípidos de las membranas celulares formen una bicapa lipídica.

• Fuerzas dipolo- dipolo inducido

Son las que se dan entre una molécula polar (dipolo) y una molécula no polar o átomo. En este caso el dipolo induce un momento dipolar a la molécula no polar o átomo.  Se dice que el átomo o molécula esta polarizada. Entre mayor es el número de electrones, mas polarizable es la molécula o átomo.

...