Gases

Tema 8. GASES 

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[pic 2]El estado gaseoso es un sistema conformados por  moléculas que se encuentran separadas y en constante movimiento siguiendo trayectorias al azar, con un alto desorden (alta entropía), ocupando todo el  volumen del recipiente que las contiene. La velocidad de las moléculas en el estado gaseoso es directamente proporcional a la temperatura de las mismas. Las moléculas en su movimiento caótico chocan entre ellas mismas y contra las paredes del recipiente que lo contiene.

El estado gaseoso puede estudiarse a través de la medición de diferentes variables tales como: el volumen, la presión la temperatura y la cantidad de sustancia.

Variables en el Estado Gaseoso

El Volumen (V). El volumen del gas se refiere generalmente al volumen geométrico del recipiente donde éste se encuentra. Este se expresa en unidades de acuerdo al sistema métrico bajo estudio. En el sistema internacional se expresa en litros o metros cúbicos. En el sistema ingles se expresa en pies cúbicos.

La Temperatura (T).  La temperatura del gas se refiere a la temperatura dentro del recipiente donde se encuentra el gas y se considerara uniforme en toda su extensión. En el sistema internacional las unidades son grados Centígrados (ºC), como escala relativa y grados Kelvin (K), como escala absoluta.  En el sistema ingles se expresa en grados Fahrenheit (ºF) como escala relativa y grados Rankine (R) como escala absoluta.

Para la conversión entre las temperaturas se pueden emplear las siguientes ecuaciones:

ºF= 1,8*ºC + 32

K = ºC + 273,15

R = ºF + 459,7

[pic 3]La Presión (P). El término presión es una magnitud que deriva de la consecuencia de la acción de una fuerza sobre una unidad de área. Se puede expresar como P= f/A donde P es Presión, f es la  fuerza incidente y A es el área de incidencia. Esto quiere decir que la presión se incrementa por incremento de la fuerza y por disminución del área de acción.

El choque de las moléculas en el estado gaseoso sobre las paredes del recipiente que lo contiene causa lo que se conoce como Presión.  Es decir, a mayor velocidad de las moléculas, mayor será la fuerza incidente y por ende mayor será la presión resultante. A menor volumen de recipiente menor es el área superficial y por ende mayor será la presión resultante.

[pic 4]La presión atmosférica es la resultante de la fuerza que ejerce una columna de aire sobre la superficie de la tierra. A nivel del mar la presión resultante se establece en 1 atmosfera (1 atm).  Las unidades de presión en el sistema internacional es pascal (Pa). También se emplea atmosfera (atm) y milímetros de mercurio (mmHg). En el sistema ingles se emplea libra-fuerza por pulgada cuadrada (psi) (pounds-force per square inch).

Para la conversión entre distintas unidades  se pueden emplear las siguientes relaciones:

1 atm = 0,1 Mpa

1 atm = 760 mmHg

1 atm = 14,7 psi

La presión cuando se expresa es necesario indicar si en ella esta considerada la presión atmosférica o no. En el caso que se considera la presión atmosférica se conoce como presión absoluta. Caso contrario es presión relativa.

En el caso que la presión relativa está por encima de la presión atmosférica se suma, es decir:

Pabs = Patm + Prelativa

En el caso que la presión relativa este por debajo de la presión atmosférica se resta, es decir:

Pabs = Patm – Prelativa

La Cantidad de Sustancia (n).  La cantidad de sustancia se refiere al número de moléculas presente en el sistema gaseoso. Las unidades a emplear es gmol,  kgmol en el sistema internacional. En el sistema inglés es lbmol. Sin embargo, cuando se estudia química general es común observar que se emplee la unidad sola “mol” sin los prefijos anteriormente nombrados.

Gas Ideal vs Gas Real

El estudio de los gases pasa por primero identificar si es un gas ideal o es un gas real.

Gas Ideal. El gas ideal es un modelo que permite el estudio empleando ecuaciones sencillas en la mayoría de los casos cotidianos despreciando algunas variables. El modelo de gas ideal se caracteriza por cumplir con dos características:

• El volumen que ocupa el total de las moléculas es despreciable respecto al volumen del recipiente que contiene al gas
• No existe interacción entre las moléculas cuando ellas chocan entre si y con las paredes del recipiente

Gas Real. Un gas real es cualquier gas que no pueda ajustarse a las características de un gas ideal

Ecuación de Estado del gas Ideal

Producto del estudio de diferentes investigadores se llegó a una ecuación sencilla que reúne a todas las variables que caracterizan a un estado gaseoso (P, V, T y n). Se conoce como ecuación de estado de los gases ideales.

P x V= n x R x T

Donde:

P = presión del gas (atm)

V =  volumen del gas (L)

T = temperatura del gas (K)

n = número de moles de moléculas del gas (mol)

R = constante de los gases: 0,0821 L.atm / mol. K

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