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Henriquez Fisicoquímica 2º 1ª [email protected]
Gases
1. Magnitudes
Para comprender el funcionamiento de los gases y poder comprender su comportamiento es necesario conocer las magnitudes que los caracterizan. Las magnitudes que vamos a ver son:
MASA VOLUMEN TEMPERATURA PRESIÓN
Recuerda que una magnitud es una propiedad que se puede medir. Por ejemplo, se puede medir la longitud, el tiempo, la velocidad, etc. Todas ellas son magnitudes.
Una unidad es una cantidad de magnitud que se usa para medir. Por ejemplo, un centímetro es una cantidad de longitud, que usamos para medir, es por tanto una unidad. Si queremos medir una longitud, la comparamos con la cantidad de longitud de una unidad y vemos cuantas veces la contiene.
Definamos las magnitudes que trataremos en el estudio de gases:
Masa: es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Volumen: es una medida de la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.
Temperatura: el movimiento de las partículas crea una forma de energía llamada calor o energía térmica: La temperatura, en tanto, es una medida de la energía promedio de las partículas
Presión: llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica.
Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las partículas del gas contra las paredes del recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo es mayor.
1.1 Unidades
Ahora bien, hay muchas unidades de medida para estas magnitudes, por el momento para simplificar el estudio utilizaremos el Sistema Métrico Legal Argentino (también llamado SIMELA) es el sistema de unidades de medida vigente en Argentina
Magnitud Símbolo de la
magnitud Unidad
Símbolo de la
unidad Ejemplo
Masa m Kilogramo Kg 3 kg (tres kilogramos)
Volumen V Metro cúbico m3 5 m3 (cinco metros cúbicos)
Temperatura T Grados Celsius ºC 10 ºC (diez grados centígrados)
Presión P Pascal Pa 30 Pa (treinta pascales)
Nota: en el caso de la temperatura utilizaremos los grados Kelvin ºK.
Henriquez Fisicoquímica 2º 1ª [email protected]
2. Leyes de los gases
Las leyes de los gases describen el comportamiento que tienen los mismo al sufrir un cambio de su masa, volumen, temperatura o presión. Por lo cual siempre hablaremos de un estado inicial (como se encontraba antes del cambio) y un estado final (es decir, como se encuentra luego de ese cambio).
Algunas aclaraciones antes de comenzar:
• Constante es algo que no cambia, por eso cuando se dice ‘‘cuando la temperatura es constante’’ quiere decir que la temperatura no cambia, si medimos 30 grados centígrados al inicio, al final también tendremos 30 grados centígrados, y en ningún momento de la experiencia tendremos otro valor que ese.
• Dos cosas son directamente proporcionales cuando al aumentar una también lo hace la otra, pero si disminuye una también lo hace la otra. Por ejemplo, mientras más dinero tengamos más pan podremos comprar, o bien, cuando menos dinero tengamos menos pan podremos comprar.
• Dos cosas son inversamente proporcionales cuando al aumentar una la otra disminuye y viceversa. Por ejemplo, cuando cuanto más dinero gasto menos podre ahorrar, y también, mientras menos dinero gasto más podre ahorrar.
2.1 Ley de Boyle-Mariotte
La Ley de Boyle establece que la presión de una cantidad fija de gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. En estas condiciones:
Si la presión aumenta el volumen disminuye Si la presión disminuye, el volumen aumenta
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar el volumen, las partículas del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.
Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
P · V = constante (el producto de la presión por el volumen es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas VINICIAL que se encuentra a una presión PINICIAL al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor VFINAL, entonces la presión cambiará a PFINAL, y se cumplirá:
PINICIAL · VINICIAL = PFINAL · VFINAL
Henriquez Fisicoquímica 2º 1ª [email protected]
2.2 Ley de Charles
La Ley de Charles establece que el volumen de una cantidad fija de gas en un recipiente, que puede variar su volumen, es directamente proporcional a la temperatura del gas, cuando la presión es constante. En estas condiciones:
Si la temperatura aumenta el volumen aumenta Si la temperatura disminuye, el volumen disminuye
¿Por qué ocurre esto?
Cuando aumentamos la temperatura del gas las partículas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir, se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior)
Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:
V/T = constante (el cociente entre la presión y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas VINICIAL que se encuentra a una temperatura TINICIAL al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor VFINAL, entonces la temperatura cambiará a TFINAL, y se cumplirá:
VINICIAL / TINICIAL = VFINAL / TFINAL
2.3 Ley de Gay-Lussac
La Ley de Gay-Lussac establece que la presión de una cantidad fija de gas en un recipiente es directamente proporcional a la temperatura del gas, cuando el volumen es constante.
En estas condiciones: Si la temperatura aumenta la presión aumenta
Si la temperatura disminuye, la presión disminuye
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.
Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:
P/T = constante (el cociente entre la presión y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión PINICIAL y a una temperatura TINICIAL al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor TFINAL, entonces la presión cambiará a PFINAL, y se cumplirá:
PINICIAL / TINICIAL = PFINAL / TFINAL
Henriquez Fisicoquímica 2º 1ª [email protected]
Actividad
Antes de comenzar, lea atentamente el material de lectura, hay videos que pueden facilitar el aprendizaje, les dejo algunos enlaces como material extra:
Temperatura y calor: https://www.youtube.com/watch?v=8R8fgvd6nTA
Presión: https://www.youtube.com/watch?v=SFcLbAe1P1w
Ley de Boyle: https://www.youtube.com/watch?v=vq3-tk1xDo0 (hasta el min 2:13)
Ley de Gay-Lussac: https://www.youtube.com/watch?v=OJ9_mgkwZAk (hasta el min 2:21)
Ley de Charles: https://www.youtube.com/watch?v=1ZduXmVPe1I (hasta el min 2:19)
Grupo de WhatsApp: https://chat.whatsapp.com/EO42WT6IzAN8mpPLvhcGq6
Recuerde que puede realizar consultas en el grupo de WhatsApp de fisicoquímica de la escuela o bien mediante el correo electrónico.
1. Responda a. Que objeto tiene mayor volumen:
b. Que objeto tiene menor masa:
c. Que material tiene mayor temperatura:
d. Donde se ejerce mayor presión
Henriquez Fisicoquímica 2º 1ª [email protected]
2. Investigue los instrumentos que se utilizan para medir la presión, la masa y la temperatura.
3. Completar:
La Ley de __________ dice que si la presión aumenta el ____________ disminuye, cuando la temperatura es constante y para una cantidad fija de gas.
Cuando el volumen y la masa son constantes la temperatura _________ la presión __________ como enuncia la Ley de ____________
La ley de ______________ establece que si la presión y la cantidad de gas son _____________ cuando la temperatura disminuye la presión ____________
4. Completar con ‘’aumenta’’ ‘’disminuye’’ o ‘’constante’’:
Inicial Final
Volumen
m3
Presión
Pa
Temperatura
ºk
Volumen
m3
Presión
Pa
Temperatura
m3
Situación 1 3 10 40 10 Disminuye 40
Situación 2 5 7 200 7 400
Situación 3 12 15 55 12 70
Situación 4 250 1040 44 280 120
Situación 5 800 500 300 800 400
En todos los casos la cantidad de gas permanece contante
Ejemplo: En la situación 1, podemos ver que la temperatura permanece constante en 40 ºK, entonces buscamos en cuál de las leyes la temperatura permanece constante, si buscamos vemos que esta situación es Ley de Boyle, como el volumen aumente de 3 a 10 m3 entonces la presión va a disminuir, es decir, será menor que 10 Pa.
5. ¿Qué Ley aplicaron en cada una de las situaciones del ejercicio 3?
6. Investigue la Ley de Avogadro ¿Qué dice? ¿Qué magnitudes involucra? ¿Qué magnitudes permanecen constantes?
