m. ramÍrez g.1 universidad nacional santiago antÚnez de mayolo departamento acadÉmico ciencias...
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M. RAMÍREZ G. 1
UNIVERSIDAD NACIONALUNIVERSIDAD NACIONAL
““SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
DEPARTAMENTO ACADÉMICO
CIENCIAS BÁSICAS
Mag. Miguel RAMÍREZ GUZMÁN
M. RAMÍREZ G. 2
Teoría Cinética MolecularTeoría Cinética Molecular
• Ofrece un modelo para explicar las propiedades de los gases, sólidos y líquidos en términos del movimiento de las partículas y de las fuerzas de atracción que existen entre éstas.
• Las partículas del gas están en constante movimiento aleatorio.
• Las partículas del gas no se repelen ni se atraen entre sí.
M. RAMÍREZ G. 3
Teoría Cinética MolecularTeoría Cinética Molecular
• Las partículas del gas son mucho más pequeñas que las distancias que existen entre ellas.
• No se pierde energía cinética cuando las partículas del gas chocan entre sí o con las paredes de su recipiente.
• Todos los gases tienen la misma energía cinética promedio a una temperatura dada.
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Principales Propiedades de los GasesPrincipales Propiedades de los Gases
Expansibilidad.- Ocupan todo el volumen disponible.
Fluidez.- Adoptan la forma del recipiente que los contiene.
Compresibilidad.- Disminuyen sus dimensiones fácilmente por efecto de una pequeña presión.
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Principales Propiedades de los GasesPrincipales Propiedades de los Gases
Elasticidad.- Recuperan sus dimensiones originales, cuando cesa la fuerza deformadora.
Difusibilidad.- Atraviesan materiales porosos a grandes velocidades.
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Variables que determinan el Variables que determinan el comportamiento de los gasescomportamiento de los gases
• Número de partículas del gas presente (n)
• Temperatura del gas (T)
• Presión del gas (P)
• Volumen de la muestra del gas (V)
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Presión y TemperaturaPresión y Temperatura
Cuando se trabaja con gases, las variables de estado se tienen que operar en estados absolutos.
La presión tiene que ser absoluta:
Pabs = Patm + Pman
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Presión y TemperaturaPresión y Temperatura
Presión atmosférica estándar
1,00 atm
760 mm Hg, 760 torr
101,325 kPa
1,01325 bar
1013,25 mbar
Presión Atmosférica o Barométrica:
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Presión y TemperaturaPresión y Temperatura
Presión Manométrica:
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Presión y TemperaturaPresión y Temperatura
Temperatura:
Escalas absolutas: K y ºR
Escalas relativas: ºC y ºF
Relación termométrica:
ºC K - 273 ºF - 32 ºR - 460 = = =
5 5 9 9
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Presión y TemperaturaPresión y Temperatura
Ejemplo:
La presión en el interior de un balón de gas es 2500 mm Hg. ¿Cuál es la presión absoluta?
La relación de Presión absoluta es:
Pabs = Patm + Pman
Pabs = 760 mm Hg + 2500 mm Hg
Pabs = 3260 mm Hg
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Presión y TemperaturaPresión y TemperaturaEjemplo:
La temperatura de un gas se encuentra a 27ºC, ¿cuál será la temperatura en Kelvin?
Usando la relación de ºC y K:
ºC K - 273 =
5 5ºC = K -273
Despejando K: K = ºC + 273
Reemplazando valores:
TK = 27 + 273 TK = 300 K
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Boyle
Ley de Charles
Ley de Avogadro
Ley de Gases Ideales
Ley de Graham
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Boyle o Proceso Isotérmico (1662)
La presión de una cantidad de gas dado a temperatura constante varía inversamente con el volumen.
P 1V
PV = constante
1 1 2 2P x V = P x V = cte
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases Ejemplo:Relación entre el volumen y la presión de un gas. Ley de Boyle.
P1V1 = P2V2 V2 = P1V1
P2
= 694 L Vdepósito = 644 L
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Charles o Proceso Isobárico (1787)
El volumen de una cantidad de gas dada a presión constante varía directamente con la temperatura.
V T
V = cte
T
1 2
1 2
V V = = cte
T T
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases Ejemplo:
El argón es un gas inerte usado en los tubos luminosos. En un experimento, 452 mL de gas se calientan de 22ºC a 178ºC a presión constante. ¿Cuál es el volumen final?
1 2
1 2
V V =
T TUsando la ecuación:
Condiciones iniciales:
V1 = 452 mL
T1 = (22 + 273)K = 295K
Condiciones finales:
V2 = ??
T2 = (178 + 273)K = 451K
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Despejando V2 y reemplazando valores:
22 1
1
TV = V x
T
2
451 KV = 452 mL x
295 K
V2 = 691 mL
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Gay – Lussac o proceso Isocórico (1808)
La presión de una cantidad de gas dada a volumen constante varía directamente con la temperatura.
P T
1 2
1 2
P P = = cte
V T
P = cte
V
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ejemplo:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mm Hg cuando su temperatura es de 25°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mm Hg?
Usando la ecuación:
1 2
1 2
P P =
T T
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases Condiciones iniciales: Condiciones finales:
T1 = (25 + 273)K = 298K
P1 = 979 mm Hg
T2 = ??
P2 = 760 mm Hg
Despejando T2 y reemplazando valores:
22 1
1
PT = T x
P
2
760 mm HgT = 298 K x
970 mm Hg
T2 = 233,5 K
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Avogadro (1811)
El volumen de una cantidad de gas dada a temperatura y presión constante varía directamente con el número de partículas.
V n
V = cte
n
1 2
1 2
V V = = cte
n n
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
La reacción : H2 + O2 H2O
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ejemplo:
Sabemos que 3,50 L de un gas contienen 0,875 mol. Si aumentamos la cantidad de gas hasta 1,40 mol, ¿cuál será el nuevo volumen del gas? (a temperatura y presión constantes)
De acuerdo a la ecuación:
1 2
1 2
V V =
n n
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Despejando V2 y reemplazando valores:
22 1
1
nV = V x
n
2
1,40 molV = 3,5 L x
0,875 mol
V2 = 5,60 L
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley Universal de los Gases Ideales
Ley de Boyle V 1/P
Ley de Charles V T
Ley de Avogadro V nV
nTP
PV = nRT
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
A condiciones normales (CN) una mol de cualquier gas ocupa un volumen constante:
P = 1 atm
T = 0ºC = 273 KVm = 22,4 L/mol
L x atmR = 0,082
mol x K
L x mm HgR = 62,4
mol x K
3m x PaR = 8,3145
mol x K
JR = 8,3145
mol x K
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Otras formas de expresar la ecuación de la ley universal de los gases ideales:
m
MP x V = x R x T
P x M = x R x T
M. RAMÍREZ G. 29
Leyes de los Gases Leyes de los Gases Ejercicio:
El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas incoloro, inodoro y muy reactivo. Calcúlese la presión en atmósferas ejercida por 1,8 moles del gas en un recipiente de 5,43 L a 69,5ºC.
De la ecuación universal:
PV = nRT
Acondicionando de datos:
n = 1,8 moles V = 5,43 L
T = (69,5 + 273)K = 342,5 K
M. RAMÍREZ G. 30
Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Despejando P y reemplazando datos:
nRTP =
V
-1 -11,8 mol x 0,082 L x atm x mol x K x 342,5 KP =
5,43 L
P = 9,31 atm
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ejemplo:
Calcúlese el volumen en litros ocupado por 7,40 g de CO2 a CN.
Acondicionando la formula y los datos:
m.R.TV =
M.P
m = 7,40 g P = 1 atm T = 273 K
2COM = 44 g/mol
M. RAMÍREZ G. 32
Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Reemplazando datos:
-1 -1
-1
7,40 g x 0,082 L x atm x mol x K x 273 KV =
44,0 g x mol x 1 atm
V = 3,76 L
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ley de Graham (1662)
La velocidad de la difusión o efusión de un gas varía inversamente con la raíz cuadrada de su masa molecular.
BA
AB
v M =
v M
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
Ejemplo:
Un gas inflamable constituido sólo de carbono e hidrógeno es generado por ciertos cultivos de bacterias anaeróbicas en tierras pantanosas y áreas de drenaje. Se encontró que una muestra pura de este gas afluye a través de cierta barrera porosa en 1,50 min. En condiciones idénticas de temperatura y presión, un volumen igual de bromo gaseoso afluye en 4,73 min a través de la misma barrera. Calcúlese la masa molar del gas desconocido.
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Leyes de los Gases Leyes de los Gases
BB
AA
t M =
t M
Obteniendo los datos:
tA = 4,73 min tB = 1,50 min
AM = ?? BM = 160 g/mol
B = Br2
Reemplazando en la ecuación:
A
1,50 min 160 g/mol =
4,73 min M
AM = 16,1 g/mol
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BibliografíaBibliografía
• Petrucci. Harwood Química General. Editorial Prentice Hall. 8ª edición
México• Raymond Chang Química. Editorial Mc Graw Hill.
4ª edición. México
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