Tema 2

Gases

¿Cuáles son las ideas principales?Todos los gases se comportan de manera similar, de modo que el mismo conjunto de ecuaciones puede ser usado para predecir su comportamiento.

¿Por qué necesitamos conocer esto?Los gases son el estado más simple de la materia y, por tanto, las relaciones entre las propiedades microscópicas (átomos y moléculas) y macroscópicas de una masa gaseosa son relativamente fáciles de identificar. Se utiliza a los gases y sus propiedades en una gran variedad de reacciones químicas.

¿Qué conocimientos previos necesitamos?Necesitamos estar familiarizados con el SI de unidades y con el manejo de las relaciones estequiométricas.

Estados de la materia

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Los estados de la materia: sólido

• Los cuerpos tienen un volumen casi invariable (incompresibilidad) ya que sus partículas están prácticamente en contacto, por lo cual no se pueden aproximar más.

• La forma es invariable, porque sus partículas están perfectamente ordenadas ocupando posiciones fijas en estructuras tridimensionales repetitivas llamadas cristales. Las partículas no están quietas en sus posiciones sino que vibran sin cesar, más intensamente cuanto mayor es la temperatura.

…el estado sólido• Según sean las condiciones, los copos de nieve pueden adoptar formas como las siguientes:

• Se dilatan y se contraen al variar la temperatura (Fe)

• No se pueden comprimir.

Las sustancias cristalinas que son solubles en agua vuelven a cristalizar cuando ésta se evapora. Esto no es un cambio de estado, sino una cristalización, una forma de obtener hermosos cristales (sal común).

El estado líquido• La forma de los líquidos es variable

(adoptan la forma que tiene el recipiente) porque, por encima de la temperatura de fusión, las partículas no pueden mantener las posiciones fijas que tienen en estado sólido y se mueven desordenadamente.

El estado líquido• Sin el efecto de la gravedad, la forma natural de los líquidos es la

esférica (la gota). Si un astronauta, en una estación orbitando la Tierra, lanza un vaso de agua, ésta adopta la forma de grandes gotas suspendidas en el aire.

• El volumen de los líquidos es prácticamente invariable, porque las partículas, aunque no forman una estructura fija como en el caso de los sólidos, se mantienen, como en ellos, relativamente juntas.

• Los líquidos pueden fluir, ya que sus partículas, al tener libertad y no ocupar posiciones fijas, pueden desplazarse por los huecos que aparecen entre ellas, permitiendo el movimiento de toda la masa líquida. Las partículas del bloque de hielo no pueden entrar.

El estado gaseoso• Los movimientos de las partículas de un

líquido se hacen más amplios y rápidos al calentarlo y aumentar su temperatura. Por encima de la temperatura de ebullición, las partículas pierden el contacto entre sí y se mueven libremente en todas direcciones (estado gaseoso).

• Molécula de amoníaco: un átomo de

nitrógeno unido a tres de hidrógeno 

• Los gases se difunden hasta ocupar todo el recipiente que los contiene porque, tienen sus partículas muy separadas moviéndose caóticamente en todas direcciones.

• El movimiento de cada partícula no se verá perturbado mientras no choque con otra partícula o con las paredes del recipiente. Por esta razón, los gases acaban ocupando todo el volumen del recipiente.

• El volumen de los gases es fácilmente modificable porque se los puede comprimir y expandir.

• Presionando un gas se disminuye la separación entre sus partículas, cosa que no puede ocurrir en los estados sólido y líquido.

• Los gases pueden fluir, por la misma razón que en el caso de los líquidos. Los líquidos y los gases reciben por ello el nombre genérico de fluidos.

El estado gaseoso

El estado de plasma• Los átomos normalmente están en estado

neutro: la carga positiva del núcleo es igual a la carga negativa de los electrones.

• La agitación de un gas aumenta cuando absorbe calor. Si el calor absorbido es suficiente, los electrones de los átomos son arrancados y la materia queda ionizada, diciéndose que está en estado de plasma.

• Es plasma todo gas incandescente formado por átomos (a veces moléculas) convertidos en iones positivos y electrones negativos, y todo en continua agitación. Dentro de ese gas pueden quedar también algunos átomos y moléculas sin ionizar (partículas neutras).

• Algunas zonas de las llamas, el gas de los tubos fluorescentes, el aire que se encuentra en el recorrido de un rayo.

• La materia que forma las estrellas también está en estado de plasma.

5to Estado Bose-Einstein•Se consigue a temperaturas cercanas al cero absoluto•Se caracteriza porque los átomos se encuentran todos en el mismo lugar

Presión barométrica

Presión atmosférica estándar

1,00 atm

760 mm Hg, 760 torr

101,325 kPa

1,01325 bar

1013,25 mbar

En resumen

CAMBIOS DE ESTADO

S Ó L I D O L Í Q U I D O G A S E O S O

sublimación

fusión vaporización

sublimación

solidificación condensación

DIAGRAMAS DE FASE:

⇒ polimorfismo estructural

Estado gaseoso

GAS IDEAL:

“Es el formado por moléculas puntuales que no están sometidas a fuerzas de interacción” .

LEYES DE LOS GASES:

• Ley de Boyle (1660): V = k1.(1/p) p0.V0 = pf.Vf

• Ley de Charles (1787): V = k2.T V0/T0 = Vf/Tf

• Ley de Avogadro (): V = k3.n ⇒ volumen molar

PRESION DE LOS GASES Y SU MEDICIÓN.

La presión se define como fuerza por unidad de área.

P = F / A

F = masa * aceleración constante de la

gravedad

F = m * a

Radio= 9,3 mm

Masa = 2,5 g

Cte de gravedad =

9,8 m/s2

UNIDADES DE PRESION

• La unidad SI de presión , recibe el nombre de Pascal (kg/(m*s2)

• milímetros de mercurio (mm Hg) torr.

Es una unidad de presión ejercida por una columna de mercurio de 1mm de altura a 0,00ºC

• Atmosfera: unidad de presión = a 760 mm Hg

RELACION PRESION - ALTURA• Suponga que en un

barómetro se utiliza agua en lugar de mercurio. Si la presión barométrica es 760 mm Hg ¿cuál es la altura de la columna de agua en el barómetro a 0,00ºC? Las densidades del agua y del mercurio a 0ºC son 0.99987 g/cm3 y 13,596 g/cm3 , respectivamente.

• Pagua = PHg

P = g d h

g= aceleración constante de gravedad= 9,81 m/s2

d = densidad del líquido en el manómetro.

Las leyes de los gases idealesLEY DE BOYLE

• Ley de Boyle (1662) V = k2

P

PV = constante (k2) para n y T constantes

Ley de Charles

Charles (1787)

Gay-Lussac (1802)

V T

V = k3 T para n y P constantes

Ley de Dalton de las presiones parciales

• Las leyes de los gases se aplican a las mezclas de gases.

• Presión parcial:–Cada componente de una mezcla de gases ejerce una presión igual a la que ejercería si estuviese él sólo en el recipiente.

Combinación de las leyes de los gases: ecuación de los gases ideales

• Ley de Boyle V 1/P

• Ley de Charles V T• Ley de Avogadro V n

PV = nRT

V nTP

Constante de los gases

R = PVnT

= 0,082057 atm L mol-1 K-1

= 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1

PV = nRT

= 8,3145 J mol-1 K-1

= 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1

Determinación de la masa molar

PV = nRT y n = mM

PV =mM RT

M = mPVRT

Densidades de los gases

PV = nRT y d = mV

PV =mM RT

MPRTV

m= d =

, n = mM

Presión parcial

Ptot = PA + PB + PC + …

Pi = ni xRT

V

PT = Pi = n1RT

V+ n2

RT

V+ n3

RT

V+ .... = (n1 + n2 + n3 + ...) RT

V = ni

RT

V

PT = nTRT

VnT = ni

ni

ntot

= iRecuerde:

Pi = ni xRT

V

PT = nTRT

V

Pi

PT

ni

nTxi== Pi = xi PT

Para un gas húmedo: PT = Pgas seco + Pvapor de agua

Efusión

Difusión

Efusión y difusión

MRT

u3

Efusión Difusión

Gases reales

• Factor de compresibilidad: PV/nRT = 1.

• Se producen desviaciones para los gases reales.

– PV/nRT > 1 – el volumen molecular es significativo.

– PV/nRT < 1 – fuerzas intermoleculares de atracción.

Ley de Avogadro

V n o V = k1 · n

En condiciones normales:

1 mol de gas = 22,4 L de gas

A una temperatura y presión dadas:

FIN

Los 7 sistemas cristalinos

cúbico hexagonal monoclínicoortorrómbico

romboédrico

triclínicotetragonal