INTRODUCCIÓN El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas ( V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
PROPIEDADES DE LOS GASES
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.
- VARIABLES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
1. PRESIÓN :
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.
| P | = | F | ÷ | A | = | Pascal |
| Presión | (fuerza perpendicular a la superficie) | | (área donde se distribuye la fuerza ) | = | N/m2 |
| P | = | F | ÷ | A | | |
| Presión | ( dinas ) | | ( cm2 ) | = | dinas / cm2 |
Otras unidades usadas para la presión : gramos fuerza / cm2, libras / pulgadas2.
La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.
| Presión atmosférica= | 76 cm Hg | = | 760 mm Hg | = | 1 atmósfera. |
2. TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío
La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa. La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.
3. CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el numero de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.
4. VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo. Unidades de volumen:
| m3 | = | 1000 litros litro | = | 1000 centímetros cúbicos (c.c) 1c.c | = | 1 mililitro |
En una gas ideal ( es decir, el gas cuyo comportamiento queda descrito exactamente mediante las leyes que plantearemos mas adelante), el producto PV dividido por nT es una constante, la constante universal de los gases, R . EL valor de R depende de las unidades utilizadas para P, V, n y T. A presiones suficientemente bajas y a temperaturas suficientemente altas se ha demostrado que todos los gases obedecen las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, las cuales relacionan el volumen de un gas con la presión y la temperatura.
5. DENSIDAD
Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Se da en gr/L.
Si se combinan adecuadamente las leyes de Boyle y Charles con el principio de Avogadro, se llega a una expresión que relaciona simultáneamente el volumen de determinada cantidad de un gas con la presión y la temperatura del mismo. Esta ecuación recibe el nombre de ecuación de estado o ley de los gases ideales :
R se conoce como la constante universal de los gases ideales y su valor depende de las unidades en que se expresen las diversas cantidades. Por convención, el volumen de un gas se expresa en litros, el valor de n en moles, la temperatura en °K y la presión en atmósferas.
EJEMPLO:
Calcular la presión ejercida por 0,35 moles de cloro, que se encuentran en un recipiente de 1,5 litros medidos a 27°C.
- TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR
La teoría cinética de los gases se enuncia en los siguientes postulados, teniendo en cuenta un gas ideal o perfecto:
1. Las sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre si; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular alguna.
3. Las moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre si y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas.
4. Los choques de las moléculas son elásticas , no hay perdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.
5. La energía cinética media de las moléculas , es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.
Los gases reales existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones : temperatura altas y presiones muy bajas
Es el proceso mediante el cual un gas cambia su estado al de líquido. Los gases se pueden licuar por la aplicación de suficiente enfriamiento y compresión.
• TEMPERATURA CRITICA: Es la máxima temperatura a la cual es posible licuar un gas sometido a cualquier cantidad de presión.
• PRESIÓN CRITICA: Es la presión requerida para licuar un gas estando en su temperatura crítica.
• VOLUMEN CRITICO: Es el volumen ocupado por una mol de gas estando en la temperatura y presión críticas.
- REACCIONES CON INTERVENCIÓN DE GASES. ESTEQUIOMETRÍA
Una vez que se tiene la ecuación química balanceada, se sabe directamente por medio de los coeficientes el número relativo de moles de cada sustancia que interviene en la reacción.
Si uno o varios de los reactivos o productos son gaseosos, entonces se puede hablar también de los volúmenes de los reactivos o productos a través de la ecuación de estado.
El principio de Avogadro indica que los moles de todos los gases tienen el mismo volumen bajo las mismas condiciones de temperatura y presión. Por tanto, las relaciones molares en una ecuación son también relaciones de volúmenes de los gases.
Por ejemplo:
| H2(g) | + | Cl2(g) | = | 2HCl(g) |
| 1 molécula | | 1 molécula | | 2 molécula |
| 1 mol | | 1 mol | | 2 mol |
| 1 volumen | | 1 volumen | | 2 volumen |
| 1 litro | | 1 litro | | 2 litro |
| 1cm3 | | 1cm3 | | 2cm3 |
| 22.4 litros | | 22.4 litros | | 2 x 22.4 litros = 44.8 litros |
- DENSIDAD Y PESO MOLECULAR DE LOS GASES
La densidad de un gas está dada por la relación de su masa, g, a su volumen:
Pero el volumen de un gas depende de su temperatura y presión. Utilizando la ley de los gases ideales.
(1)
Por tanto, en condiciones normales la densidad de un gas es directamente proporcional a su peso molecular M.
En consecuencia, si conocemos la densidad de un gas a una determinada presión y temperatura, podemos calcular su peso molecular. la siguiente ecuación permite obtener pesos moleculares por comparación de las densidades de dos gases medidos a la misma temperatura y presión. Si d1 se refiere al gas 1 y d2 al gas 2, se tiene que;
Dividiendo entre sí las dos ecuaciones ( P, T y R se cancelan);
Se puede emplear la ecuación (1) para obtener la densidad de un gas a cualquier temperatura y presión, si conocemos su densidad a una determinada temperatura y presión.
Sea d1, la densidad medida para un gas a T1 y P1 y d2 la densidad a diferentes T2 y P2. se pueden escribir las ecuaciones;
M es el mismo, ya que el gas ideal es el mismo. Dividiendo estas dos cantidades:
Esta ecuación da el cambio en la densidad de un gas con la temperatura y presión.
