Química Unidad 5 Ingenieria Industrial

Introducción

La materia en estado gaseoso tiene características muy particulares, se adapta a la forma y al espacio del recipiente que la contiene, además se dejan comprimir muy fácilmente, se difunden muy fácilmente y se dilatan. Los gases de dividen en gases ideales y gases reales. De los estudios realizados se derivan la Ley de Boyle, la Ley de Charles y la Ley de Gay-Lussac las cuales se basan en el comportamiento acorde al volumen, la presión y la temperatura, además de estos factores en la llamada ecuación general de los gases toma la masa como otro factor más en el comportamiento de los mismos.

La Termoquímica es el estudio de los efectos caloríficos que acompañan a la reacción química. La combustión de carbón, petróleo y gas como sustancias para calentamiento y la gasolina y otros derivados usados en los transportes conforman uno de los principales usos de estudio de la Termoquímica.

Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. Existen celdas electrolíticas y voltaicas, siendo su uso más común las baterías, las cuales hoy en día forman parte de nuestra vida cotidiana, ya que se utilizan en diversos artículos, tales como, teléfonos celulares, controles remotos, relojes, etc.

Objetivo

Conocer los conceptos básicos de los gases, así como sus propiedades y su factor de compresibilidad. Conocer la ecuación general del estado gaseoso, así como las leyes de los gases. Entender los conceptos de Termoquímica, calor de reacción, calor de formación y calor de solución. Conocer los conceptos de Electroquímica, celdas electrolíticas y voltaicas, así como su uso práctico.

5.1 Conceptos básicos: Gas como estado de agregación, gas ideal, gas real, propiedades críticas y factor de compresibilidad.

Gas como estado de agregación. Es estado gaseoso se caracteriza porque la materia en este estado ocupa todo el volumen que la contiene al igual que toma la forma del recipiente; se requiere poca energía para cambiar el volumen de un gas por compresión ó expansión; y su velocidad de fusión es muy alta.

Los gases presentan las propiedades mencionadas pues las partículas constitutivas que los componen interactúan muy poco entre ellas de manera que cada una se puede mover en el espacio en forma casi independiente de las demás. Al incrementarse la magnitud de las interacciones, las partículas se atraen con más fuerza, los movimientos de las partículas ya no son tan independientes y éstas tienden a reunirse de forma que las interacciones disminuyen la energía del sistema.

Gas Ideal, un gas ideal es el que presenta un comportamiento ideal, es decir, tiene propiedades tales como tamaño de partícula insignificante, no presente pérdidas ni ganancias de energía en los choques, no presenta atracciones ni repulsiones entre sus partículas, etc.; estos gases los estudia la Teoría Cinética Molecular.

Gas Real, es aquel que se obtiene en condiciones específicas de la naturaleza, afectado por tales condiciones y cuyo tamaño de partículas depende del gas en mención. Presente pérdidas y ganancias de energía en los choques.

Propiedades críticas y el factor de compresibilidad.

Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.

2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.

4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada

El factor de compresibilidad (Z), conocido también como el factor de compresión, es la razón del volumen molar de un gas con relación al volumen molar de un gas ideal a la misma temperatura y presión. Es una propiedad termodinámica útil para modificar la ley de los gases ideales para ajustarse al comportamiento de un gas real. Los valores de factor de compresibilidad son obtenidos usualmente mediante cálculos de las ecuaciones de estado, tales como la ecuación del virial la cual toma constantes empíricas de compuestos específicos como datos de entrada. Para un gas que sea una mezcla de dos o más gases puros (aire o gas natural, ejemplo), es requerida una composición del gas para que la compresibilidad sea calculada.

El factor de compresibilidad está definido como:

Donde Vm es el volumen molar, (Vm) gas ideal = RT/p es el volumen molar del correspondiente gas ideal, P es la presión, T es la temperatura, y R es la constante universal de los gases ideales.

5.2 Propiedades PTV: Ley de Boyle, Charles, Gay-Lussac. Ecuación general del estado gaseoso.

Ley de Boyle.

La presión ejercida por una fuerza física es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga.

En términos más sencillos: A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a presión que este ejerce.

Las experiencias del británico Robert Boyle sobre sobre el efecto de la presión sobre el comportamiento de los gases se llevó a cabo en 1662 al descubrir que el aire y los gases se pueden comprimir, y además se cumple que, entre el volumen de un gas y su presión existe una relación de proporcionalidad inversa.

PV=k

Donde K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante k para poder hacer uso de esta ley;

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