Quimica

1.2.2 Principio de Avogadro (Volumen Molar de un Gas)

A la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen el mismo número de moléculas. El volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles de moléculas presentes [a 1 atm y 0°C (TPS) el volumen de cualquier gas es de 22.4 L].

Ley de Boyle (Presión-Volumen)

En el siglo XVII Boyle estudió el comportamiento de los gases y analizó la relación que hay entre la presión y el volumen de una muestra de gas por medio de un tubo en forma de J donde: encerró aire en el extremo cerrado del tubo, vertiendo mercurio en el extremo abierto, cambiando la presión sobre el aire atrapado cambiando la cantidad de mercurio en el tubo. Encontró que si triplicaba la presión sobre el aire, el volumen que ocupaba el aire disminuía un tercio y si disminuía la presión sobre el airea atrapado a un tercio de la presión original, el volumen ocupado se triplicaba y se conoce como ley de Boyle donde el volumen de un gas aumenta conforme la presión del mismo disminuye, si su temperatura permanece constante, o también se puede decir que a temperatura constante, el volumen de una masa dada de gas varía inversamente con su presión y también puede enunciarse en términos de las relaciones de presiones y volúmenes:

                a temperatura constante[pic 1]

[pic 2]

También se puede expresar de la siguiente manera cuando la temperatura se mantiene constante, el volumen (V) de una cantidad dada de un gas se reduce cuando la presión total que se aplica (P), la presión atmosférica más la presión debida al mercurio añadido aumenta, obteniéndose la siguiente relación

  donde α significa proporcional[pic 3]

Para cambiar α por el de igualdad se puede escribir

   donde k es una cte. de proporcionalidad y se pude escribir[pic 4]

[pic 5]

Para un gas bajo dos condiciones distintas a temperatura cte. se tiene

[pic 6]

Ley de Charles (Volumen-Temperatura)

En 1987 el físico francés J. A. C. Charles descubrió una relación entre el volumen y la temperatura de un gas. Encontró que un gas se expande cuando su temperatura aumenta y que se encoge cuando su temperatura disminuye. Un gas originalmente a 0 °C se expande 1/273 de su volumen para cada aumento de 1 °C en temperatura y se encoge 1/273 de su volumen por cada disminución de 1 °C (si la presión de gas se mantiene cte.).

Teóricamente, si tomamos 1 L (o cualquier volumen) de un gas a 0 °C y lo seguimos enfriando (a presión cte.), el volumen del gas se encogerá a 0 ml a -273 °C (esto no se ha logrado ya que todos los gases conocidos se transforman el liquido antes de llegar a esta temperatura). La temperatura de -273 °C (teóricamente temperatura más baja posible) se denomina cero absoluto.

Usando la escala Kelvin se puede enunciar la ley de Charles como: El volumen de un gas varía directamente con su temperatura en kelvin si la presión permanece cte.

[pic 7]

Matemáticamente se expresa que el volumen de un gas varia en relación directa con la temperatura absoluta cuando la presión permanece constante

                        V=ƦT

Ley de Gay-Lussac (Presión-Temperatura) Ley de Amontons

Químico francés que estudio los gases y realizo una modificación a la ley de Charles. La presión de una masa fija de gas, a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura

                        P=ƦT

[pic 8]

Ley Combinada de los Gases

La ley de Boyle y la de Charles pueden combinarse en una sola ley que incluye las tres variables: presión, volumen y temperatura, se puede usar para determinar cómo es que los cambios en cualquiera de las dos variables afecta a la tercera variable

[pic 9]

Temperatura y Presión Estándar (TPS o TPE)

La TPS se define como 273 °K (0 °C) y presión de 1 atm (760 torr), estas condiciones se escogieron ya que son fáciles de crearlas con la tecnología disponible. Siempre que se reportan volúmenes de gases, pueden corregirse a TPS a fin de que se puedan hacer comparaciones.

Temperatura y Presión Normal (TPN)

Se define como 25°C y 1 atm

1.2.3 Ley del Gas Ideal

Combinando la ley de Boyle, la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac y el Principio de Avogadro en una relación entre las variables del gas (P, V, T) y el número n de moles de gas que se puede representar mediante la siguiente ecuación.

PV = nRT

Donde

n: numero de moles.

R:  cte de los gases.

[pic 10]

Calculo de la densidad

Esta se puede obtener por medio de la ecuación general de los gases

PV = nRT

[pic 11]

El numero de moles esta dado por

[pic 12]

m: masa en gramos

µ: masa molar

[pic 13]

Y como la densidad es la masa entre el volumen

[pic 14]

d: densidad (gr/lt)

Masa molar de un líquido

Esta se puede encontrar por medio de la ecuación de los gases ideales

[pic 15]

La forma más fácil de obtenerse es llenar un bulbo conocido con una sustancia gaseosa, se registra temperatura y presión de la muestra de gas y se determina la masa total de un bulbo mas la muestra de gas, luego se vacía el bulbo se pesa otra vez, la diferencia es masa es la masa del gas; la densidad del gas es igual a su masa dividida entre el volumen del bulbo, una vez conocida la densidad del gas, se puede calcular la masa molar de la sustancia por medio de la ecuación anterior.

1.2.5 Ley de las Presiones Parciales de Dalton (Amagat).

En el laboratorio, los gases suelen obtenerse mediante el método de desplazamiento de agua, ya que muchos gases son insolubles en agua, es un método conveniente para obtener una muestra de gas, pero el gas reunido siempre contiene algo de vapor de agua, por lo tanto la presión en la colección (Ptotal) se debe a la presión del gas (Pgas) y a la presión del vapor de agua (Pagua), para averiguar cuánto gas se ha reunido, necesitamos conocer la presión del gas solo (Pgas) presión parcial.

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