LEYES DE LOS GASES

LEYES DE LOS GASES

LAURA SOFÍA FLOR TRIANA

DIANA FERNANDA JARAMILLO

INSTITUCIÓN EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACIÓN

QUÍMICA

IBAGUÉ TOLIMA

10-2

2018

INTRODUCCIÓN

Los gases han sido de gran ayuda  para explicar y descubrir temas químicos y estos están constituidos por varias leyes donde son destacan las condiciones como el volumen, temperatura, presión y densidad.  Por eso, en este trabajo vamos a basarnos en el comportamiento de los gases y cómo la ciencia ha tratado de encontrar una explicación para los mismos.

OBJETIVOS

Comprender, reforzar y afianzar los conocimientos adquiridos identificando las falencias de las temáticas y poder superar esos obstáculos mediante los ejercicios y teorías que verán a continuación. 

MARCO TEÓRICO 

ESTADOS DE LA MATERIA O DE AGREGACIÓN  

Los estados de agregación, sólido, líquido y gaseoso, dependen fundamentalmente de las condiciones de presión y temperatura a las que esté sometida la materia.

• SÓLIDO:  En el estado sólido los átomos o moléculas ocupan posiciones fijas aunque se encuentran vibrando en esas posiciones con una capacidad de movimiento limitada.

• LÍQUIDO: En el estado líquido la fuerza de cohesión que mantiene unidas a las moléculas es mucho menor. En un líquido las moléculas tienen una cierta capacidad de movimiento que, en gran medida, está limitada por las otras moléculas que tienen alrededor.

• GAS:  En un gas las moléculas se encuentran muy lejanas unas de otras y se mueven en todas direcciones con libertad absoluta.

GASES

En estado gaseoso, la materia se encuentra en forma dispersa la facilidad de comprimir un gas no indica que sus átomos o sus moléculas se hallan a gran distancia una de otras, tendiendo en cuenta el tamaño de las partículas. El volumen está muy relacionado con los cambios de presión y temperatura. Como el gas no presenta forma y volumen propio, tiende a ocupar uniformemente el recipiente que lo contiene. 

Tanto las moléculas de los gases como los de los líquidos presentan la propiedad de deslizarse de manera continua, con los cual cambian frecuentemente sus posiciones relativas; con mayor libertad en el estado gaseoso que en los otros dos  estados en que regularmente se presenta la materia. 

TEMPERATURA: Esta mide la intensidad del calor para lo cual se tienen en cuenta propiedades como la dilatación térmica. La temperatura de los gases se mide generalmente en grados centrigrados  (ºC). Cuando se aplican las leyes de los gases ideales, esta temperatura debe convertirse a la escala absoluta que es la Temperatura Kelvin. Sus unidades son las siguientes: 

t = 273 º    ;       K = 0ºc + 273

T = Temperatura;  t = temperatura centigrada.

PRESIÓN:  Llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica, Es decir, es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases, esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes  del recipiente. 

P=FS

La unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa), Sin embargo, la presión también se da en atm (atmósferas) 

1Pa=1Nm2

VOLUMEN: Espacio ocupado por un cuerpo. Como un gas, se expande espontáneamente ocupando totalmente es recipiente que lo contiene, el volumen ocupado por un gas a la capcidad del recipiente que lo contiene. La unidad se del volumen es el:

Metro cúbico: (m3 )

DENSIDAD: Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

PROPIEDAD DE LOS GASES

En los gases, las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso a largas distancias. Esto hace que los gases tengan las siguientes propiedades:

1. No tienen forma propia es decir, se adoptan a la forma y al volumen de los recipientes que los contiene

2. Se deja comprimir con facilidad

3. Se difunden fácilmente

4. Se dilatan con gran facilidad, como los sólidos y líquidos.

5.  Fluidez, Es la propiedad que tiene un gas para ocupar todo el espacio debido a que, prácticamente, no posee fuerzas de unión entre las moléculas que lo conforman.

Por ejemplo: Cuando hay un gas encerrado en un recipiente, como un globo, basta una pequeña abertura para que el gas pueda salir.

Cuando un gas presenta comportamiento de acuerdo con estas leyes podemos decir que se comporta como gas ideal o perfecto.

LEY DE BOYLE Y MARIOTTE

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. 

Su formula es la siguiente: P · V = k

                                            P es presión
                                            V es Volumen

(k es una constante cuando Temperatura y masa son constantes).

Ecuación:  V1/V2 = P2/P1

cuando aumenta la presión, el volumen baja y viceversa.

EJEMPLOS

1) Un determinado gas con una presión de 1,8 atm ocupa un volumen de 0,9L. Manteniendo constantes la temperatura, se aumenta la presión del gas a 4,1 atm. Calcular el volumen ocupado por el gas.

Teniendo en cuenta la fórmula de la ley de Boyle planteada anteriormente P1 · V1 = P2 · V2  se realizan los cálculos necesarios.

(P1 · V1)/ P2 =  V2 

(1,8atm · 0,9L)/ 4,1atm =  V2  = 0,395L

Respuesta: El nuevo volumen ocupado por el gas será 0,395L

2) Un gas que ocupaba 4L de volumen, ha pasado a ocupar un volumen de 3L luego de que la presión ha sido aumentada a 800 mmHg. ¿Cuál era la presión inicial a la que se encontraba el gas?

P1 · V1 = P2 · V2

de la cual nos interesa despejar P1.

P1 = (P2 · V2) / V1

sustituimos con los datos proporcionados:

P1 = (800 mmHg · 3L) / 4L

P1 = 600 mmHg

LEY DE CHARLES

Jacques Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

A presión constante, el volumen que ocupa una muestra de gas es directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan.

La ley de Charles puede expresarse de la siguiente manera: 

                                                                     V1.T2 = V2.T1 

Observa la aplicación de dicha expresión a través del siguiente ejemplo:

1. A 1,5 atmósferas y 25 °C el volumen de un gas es de 600 cm3, si la presión permanece inalterable ¿Cuál será el volumen del gas a 20 °C?

· Primer paso: Identificar los datos que se dan en el enunciado.

P1= 1,5 atm (cte)

T1= 25°C

V1= 600 cm3

T2= 20 °C

· Segundo paso: Conocer cual es la igcognita o interrogante.

V2= ?

· Tercer paso: Despejar V2 de la expresión: V1.T2 = V2.T1, quedando así:

V2= V1.T2

          T1 

· Cuarto paso: Transformar °C a K, de la siguiente manera:

                                 T1: K= °C + 273                        T2: K= °C + 273

                                 K= 25 + 273= 298 K                  K= 20 + 273= 293 K

· Finalmente se sustituyen los valores y se realiza el calculo matemático.

V2= 600 cm3 . 293 K

  298 K

Se cancelan las unidades (Kelvin) y se obtiene el resultado:

V2= 589,93cm3

LEY COMBINADA DE LOS GASES

El volumen ocupado por una masa gaseosa, es inversamente proporcional a las presiones y directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan.

De acuerdo con el enunciado, se puede establecer la siguiente expresión matemática:

V1 . P1 = V2 . P2

 T1            T2

Observa en el siguiente ejemplos la aplicación de dicha expresión:

1. Una masa gaseosa ocupa u volumen de 2,5 litros a 12 °C y 2 atm de presión. ¿Cuál es el volumen del gas si la temperatura aumenta a 38°C y la presión se incrementa hasta 2,5 atm?

·Primer paso: identificar los datos que brinda el enunciado.

V1= 2,5 L

T1= 12 °C

P1= 2 atm

T2= 38 °C

P2= 2,5 atm

· Segundo paso: Conocer la incognita.

V2= ?

· Tercer paso: Despejar V2 de la expresión V1 . P1 = V2 . P2 , quedando así:

                                                                        T1            T2

V2= V1 . P1 . T2

      T1 . P2

· Cuarto paso: Transformar las unidades de temperatura (°C) a Kelvin.

                        T1: K= °C + 273                                     T2: K= °C + 273

                        K= 12 + 273= 285 K                              K= 38 + 273= 311 K

· Quinto Paso: Sustituir los datos en la expresión y efectuar los calculos matemáticos.

V2= 2,5 L . 2 atm . 311 K

      285 K . 2,5 atm

Se cancelan las unidades de presión y temperatura (atm y K), se obtiene el resultado.

V2= 2,18 L

LEY DE GAY-LUSSAC

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac.  

Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante es decir. Cuando se mide a las mismas condiciones de temperatura  presión los volúmenes de los gases que reaccionan entre sí o que ocurren en una reacción estos están en una relación de números enteros y sencillos.

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.

 En un recipiente rígido, a volumen constante, la presión se dobla al duplicar la temperatura absoluta.

EJEMPLO

Un gas ocupa un recipiente de 1,5 litros de volumen constante a 50ºC y 550 mmHg. ¿A qué temperatura en °C llegará el gas si aumenta la presión interna hasta 770 mmHg?

Solución: relacionamos temperatura con presión a volumen constante, por lo tanto aplicamos la Ley de Gay-Lussac: P₁ / T₁ = P₂ / T₂, donde:

• T₁ = 50ºC → 50 + 273 = 323ºK
• P₁ = 550 mmHg
• P₂ = 770 mmHg 
• T₂ = ?

Despejamos T₂:

• P₁ / T₁ = P₂ / T₂ → T₂ = P₂ / (P₁ / T₁ ) 
• R// T₂ = 770/ (550 / 323) = 452,2 ºK

ECUACIÓN DE ESTADO O LOS GASES IDEALES Y QUÉ SON.

¿QUÉ ES UN GAS IDEAL?

Son aquellos gases en los que se puede llegar a considerar una energía potencial nula. Las interacciones entre las moléculas que componen un gas ideal son insignificantes, ya que la distancia entre las moléculas es lo suficientemente grande.

El modelo que describe este comportamiento es el dado por la ecuación: 

P.V = n.R.T

P : presión

V : volumen

n : número de moles del gas

R : constante de gases ideales

T : temperatura

En este modelo se considera que los gases sólo poseen energía cinética, que está relacionada con el movimiento de las moléculas.

ECUACIONES

La ley de Boyle, Charles, el principio de avogradro son todas afirmaciones de proporcionalidad que describen los gases ideales si las combinamos  adecuadamente se obtiene una expresión que relaciona las cuatro variables Volumen (V) Temperatura (T) Presión (P) Número de moles (n) y recibe el nombre de ecuación de estado o ley de los gases ideales. 

A esta ecuación se le introduce una constante de proporcionalidad (R) y obtenemos la siguiente ecuación: PV = nRT

El valor de la constante R para un mol de cualquier gas a condiciones estándar o normales

se determinan a partir de la ecuación anterior teniendo en cuenta los siguientes valores contantes: V = 22,4L

                  T = 273

                  P = 1 atm

                  n = 1 mol

EJEMPLO

calcular el número de moles de un gas que tiene un volumen de 350 ml a 2,3 atmósferas de presión y 100ºC. 

Solución:

Estamos relacionando moles de gas, presión, temperatura y volumen por lo que debemos emplear la ecuación P · V = n · R · T 

Pasamos la temperatura a Kelvin: 100ºC = (100+ 273) ºK = 373ºK

n = (P · V) / (R · T) = (2,3 atm. · 0,35 l.) / (0,0821 · 373ºK) = 0,0263 moles

LABORATORIO

Procedimientos

Entrar a la sala de tics 

La maestra asigna un computador para cada niña

Entramos a la página Educaplus

Seguimos las instrucciones de las páginas y por último empezamos a realizar los ejercicios del laboratorio.

PANTALLAZOS DE EJERCICIOS

LEY DE BOYLE

1.

2. 

3.

4.

5.

LEY DE CHARLES

1.

2.

3.

4.

5.

LEY DE GAY-LUSSAC

1.

2

3

4

5

GASES IDEALES

1

2

3.

4.

PANTALLAZOS DEL LABORATORIO

SALA CHARLES

CONCLUSIÓN

Los gases ideales solo son algo hipotético, nos sirven para realizar cálculos matemáticos. Estos gases tienen la densidad muy baja y su atracción intermolecular es nula. Existen varias formulas para determinar tanto su masa, atmósferas, volumen, moles y temperatura.  pero en ese caso la ley de los gases ideales nos sirve para poner una referencia para los gases reales.

WEB GRAFÍA

http://www.educaplus.org/gases/gasideal.html

https://iquimicas.com/ley-boyle-leyes-los-gases/

http://estquimica.blogspot.com/p/ley-de-charles_8.html 

http://estquimica.blogspot.com/p/ley-de-dalton.html 

https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-la-ley-de-gay-lussac.html

http://gasesidealesrmb.blogspot.com/2012/06/la-ley-de-los-gases-ideales-es-la.html