gases
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Breve introducción. Química ITRANSCRIPT
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Tema 5GASES
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GASES
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Disposicin y distancia entre las molculas segn el estado de la materia
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Caractersticas de los GasesPueden ser comprimidos a menores volmenes.Cuando en un recipiente hay 2 o mas gases, difunden mezclndose homogneamente y uniformemente.
Sus densidades son mucho menores que la de los lquidos y slidos.Ejercen presin sobre su entorno. Por lo tanto hay que ejercer presin para contenerlos.Los gases adoptan la forma del recipiente que los contiene.
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PresinSe define como fuerza por unidad de rea.Unidad en SI: PASCAL (Pa)
Pa = Fuerza x rea = N/m2N = kg m/seg2= kg/m seg2
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PresinPRESIN ATMOSFRICA:Presin que ejercen los gases de la atmsfera sobre la tierra.PRESINATMOSFRICA: 760 mmHg = 760 torr = 1 atm= 101325 Pa = 101,3 kPa
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Teora Cintica de los GasesLas colisiones entre si y con las paredes del recipiente son perfectamente elsticas: transferencia de energa completa y esta permanece constante en el sistema.Distancia de separacin entre molculas es mucho mayor que sus propias dimensiones: tamao y volumen despreciable.No hay fuerzas de atraccin entre las molculas que conforman el gas.Energa cintica promedio es proporcional a la temperatura del sistema: Dos gases diferentes a la misma temperatura tendrn la misma Energa Cintica promedio.Gases IdealesLos gases estn constituidos por partculas que se mueven en lnea recta y al azar.La Presin es fruto de estos choques y depende de la frecuencia y de la fuerza.
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CompresibilidadLa teora cintica explica el comportamiento de los gases a nivel molecular y la influencia que tiene dicho comportamiento sobre lo que observamos a nivel macroscpicoPresinVolumenTemperatura
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Ley de BoyleV = k 1/PP.V = k.1/P.PEntonces:P.V = kPor lo que:Pi. Vi = Pf. VfSiempre que n y T permanezcan constantesUnidades: Volumen = LPresin = atm
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Veamos un ejemploUna muestra de He ocupa 500 cm3 a 2,00 atm. Suponiendo que la Temperatura permanece constante: Qu Volumen ocupar dicho gas a 4 atm? Datos:Vi = 0,5 LPi = 2 atmPf = 4 atmVf = ?Utilizando la Ley de BoylePi. Vi = Pf. VfReemplazando:Vf = (2 atm . 0,5 L) / 4 atmVf = 0,25 LRta: Vf = 0,25 L
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Ley de CharlesV = k . TReordenandoV / T = kPor lo queVi / Ti = Vf / TfSiempre que n y P permanezcan constantesEscala Kelvin = Temp C + 273,15
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250 mL de Cl2 medidos a 273 K son calentados a presin constante hasta alcanzar una temperatura de 373 K. Cul es el Volumen final que ocupa el gas?Aplicando la Ley de CharlesDatos:Vi = 0,25 LTi = 273 K Tf = 373 K Vf = ?Vi / Ti = Vf / TfReordenando y ReemplazandoVf = (0,25 L . 373 K) / 273 KVf = 0,341 LRta: Vf = 0,341 LVeamos un ejemplo
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De manera anlogaP = k TSiempre que n y V permanezcan constantesLey de Gay Lussac
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Veamos un ejemplo250 mL de Cl2 medidos a 273 K a una Presin de 1 atm son calentados a volumen constante hasta alcanzar una temperatura de 373 K. Cul ser la Presin final del gas?Datos:Pi = 1 atmTi = 273 K Tf = 373 K Pf = ?Aplicando la Ley de Gay LussacPi / Ti = Pf / TfReordenando y ReemplazandoPf = (1 atm . 373 K) / 273 KPf = 1,37 atmRta: Pf = 1,37 atm
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Ley de AvogadroDe esta maneraV = k nSiempre que P y T permanezcan constantes
Grfico3
12.2
22.4
44.8
67.2
89.6
n (nmero de moles)
V (en Litros
Ley de Avogadro
Hoja1
0.512.2
122.4
244.8
367.2
489.6
Hoja1
n (nmero de moles)
V (en Litros
Ley de Avogadro
Hoja2
Hoja3
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Veamos un ejemploDatos:Vi = 11,2 L ni = 0,5 moles nf = 10 molesVf = ?Aplicando la Ley de AvogadroVi / ni = Vf / nfReordenando y ReemplazandoVf = (11,2 L. 10 moles) / 0,5 molesVf = 224 LRta: Vf = 224 LInicialmente se tiene 0,5 moles de Cl2 que ocupan un volumen de 11,2 L. Si luego de cierto experimento a presin y temperatura constante se tienen 10 moles de Cl2. Cul ser el volumen final del gas?
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Ley Combinada de los gasesP . V = k TSiempre que n sea constanteEntoncesPi . Vi = Pf . Vf Ti TfSabemos que:V = k . 1/P (Ley de Boyle)V = k . T (Ley de Charles)P = k . T (Ley de Gay Lussac)Si combinamos
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Ley de los Gases IdealesSi adems tenemos en cuenta queV = k . n (Ley de Avogadro)Podemos escribirP V = k n TSi medimos k en Condiciones Normales de P y T para 1 mol1 atm. 22,4 L = k273,15 K . 1 molk = 0,082 atm . L = R K . molEntoncesY de esta maneraP . V = n . 0,082 atm . L . T K . molLa ecuacin de los gases ideales es til para resolver problemas que no implican cambios de P, T, V y n. Conociendo tres variables se puede calcular la cuarta
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Veamos un ejemploEl hexafluoruro de azufre es un gas incoloro e inodoro muy poco reactivo. Calcule la presin (en atm) ejercida por 1,82 moles de dicho gas contenido en un recipiente de acero de 5,43 L de volumen a 69,5 C. Datosn = 1,82 molesV = 5,43 LT = 69,5C = 342,5 KP . V = n R T Aplicando la ecuacinP = (1,82 moles . 0,082 atm L. 342,5 K ) / 5,43 L K. molP = 9,41 atmRta: P = 9,41 atm
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Densidad de un gasSabemos que:n = m / PMdondem = masa en g.PM = peso molar en gSi reemplazamos en la ecuacin de los gases ideales:P . V = m R T PMY como = m/VEntonces = P . PM R . TDe esta manera, es posible identificar un gas conociendo su densidad, la Presin y la Temperatura en la que se encuentraPM = .R . T P
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Veamos un ejemploUn qumico ha sintetizado un compuesto gaseoso amarillo verdoso a partir de cloro y oxigeno, y encuentra que su densidad es 7,71 gr / L a 36 C y 2,895 atm. Calcule el PM del compuesto y determine su formula molecular.Datos = 7,71 gr/ LP = 2,895 atmT = 36 C = 309 KAplicandoPM = .R . T P PM = (7,71 gr/L. 0,082 atm L . 309 K) 2,895 atm K . molPM = 67,48 g / molEntonces1 mol de Cl + 2 moles de O = 67,45 gr / molRta: ClO2
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Ley de DaltonEn una mezcla de gases la presin resultante Pt es el resultado de las colisiones sobre las paredes del recipiente de todos los gases que con-forman la mezclaEs decir:Pt = PA + PB .+Pn
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Supongamos que tenemos una mezcla gaseosa conformada por los gases A y BEntonces:Combinando ambas ecuacionessegn DaltonPT = (nA + nB).R . T VHaciendo la relacinPA nA . R . T V
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Obsrvese que siempre se cumple que:XA + XB = 1 De esta manera, para un sistema que tiene Y componentes la presin parcial para cada uno de ellos es:Py = Xy . PTPA = XA . PTPor lo que
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Veamos un ejemploUna mezcla gaseosa contiene 4.46 moles de Ne, 0,74 moles de Ar y 2,15 moles de Xe. Calcule las presiones parciales de cada gas en la mezcla si la presin total del sistema es de 2,00 atm a una dada temperaturaDatosn Ne = 4,46n Ar = 0,74n Xe = 2,14n totales = 7,34Pt = 2,00 atmUtilizandoSe tiene que
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Desviacin del Comportamiento IdealLas leyes de los gases y la teora cintica suponen que los gases poseen comportamiento idealNo hay interaccionesRelacin P.V/R .T vs P para 4 gases reales y un gas idealPara los gases reales PV= nRT es slo vlida a presiones reducidas
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Para estudiar el comportamiento de los gases reales con mayor exactitud hay que tener en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volmenes molecularesPropone una ecuacin de estado modificadaa y b = ctes de proporcionalidad y dependen de cada gasa a la fuerza de atraccin b al volumen molecular - n b Volumen ocupado por las molculas del gas
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ResumenEcuacin MatemticaCondiciones
Ley de BoylePi . Vi = Pf . Vfn y T cte.
Ley de CharlesVi / Ti = Vf / Tfn y P cte.
Ley de Gay LussacPi / Ti = Pf / Tfn y V cte.
Ecuacin Combinada(Pi . Vi) / Ti = (Pf . Vf ) / Tfn cte.
Ecuacin de EstadoP . V = n . R . TConociendo 3 variables se calcula la 4ta
Ley de DaltonPt = Ppi y Ppi = Xi . PtDonde Xi = ni / ntPor lo general n y T cte