1. LOS GASES
Propiedades, Teoría Cinética y Leyes que rigen su comportamiento
Esp. GARY MESA GUAZO
INSTITUCIÓN EDUCATIVA NUEVA ESPERANZA
SINCELEJO – COLOMBIA
Guía de estudio: ESTADO GASEOSO
ASIGNATURA: QUÍMICA
GRADO: 11° (A-B-C)
Queridos estudiantes:
El presente documento es una Guía de Estudio que pretende facilitar y mejorar el aprendizaje de los
conceptos relacionados con los gases desde el punto de vista de la química. Esta guía es sólo una
herramienta para el propósito ya mencionado; por lo tanto, lo ideal es que se emplee de la mejor
manera, conjugando el contenido de la misma con las clases que se desarrollen.
Sin embargo, para un mejor desempeño, se debe profundizar en la temática valiéndose de textos o la
Internet. Un excelente recurso para el estudio de los gases lo pueden encontrar en el siguiente vínculo:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html
Les deseo muchos éxitos… ¡¡¡GRACIAS TOTALES!!!
GARY MESA GUAZO
INTRODUCCIÓN
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su
principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo
que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el
volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de
atracción entre partículas resultan insignificantes. Es considerado en algunos diccionarios como
sinónimo de vapor, aunque no hay que confundir sus conceptos, ya que el término de vapor se refiere
estrictamente para aquel gas que se puede condensar por presurización a temperatura constante.
Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es
mucho menor que la de los líquidos y sólidos.
Dependiendo de sus contenidos de energía o de las fuerzas que actúan, la materia puede estar en un
estado o en otro diferente: se ha hablado durante la historia, de un gas ideal o de un sólido cristalino
perfecto, pero ambos son modelos límites ideales y, por tanto, no tienen existencia real.
En los gases reales no existe un desorden total y absoluto, aunque sí un desorden más o menos
grande.
En un gas, las moléculas están en estado de caos y muestran poca respuesta a la gravedad. Se
mueven tan rápidamente que se liberan unas de otras. Ocupan entonces un volumen mucho mayor
que en los otros estados porque dejan espacios libres intermedios y están enormemente separadas
unas de otras. Por eso es tan fácil comprimir un gas, lo que significa, en este caso, disminuir la
distancia entre moléculas. El gas carece de forma y de volumen, porque se comprende que donde
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tenga espacio libre allí irán sus moléculas errantes y el gas se expandirá hasta llenar por completo
cualquier recipiente.
1. VARIABLES QUE DETERMINAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS
GASES
VOLUMEN: es el espacio que ocupan las moléculas del gas. Como las moléculas del gas se mueven
aleatoriamente, el volumen del gas corresponde al volumen del recipiente que lo contiene.
Generalmente se emplea el Litro como unidad más común para denotar el volumen de un gas
PRESIÓN: Es la fuerza con que las moléculas del gas golpean una unidad de área.
P=F/A, donde P es presión, F es la fuerza y A es la unidad de área.
La unidad más usada para expresar la presión de un gas es la atmósfera (atm). Sin embargo, existen
otras unidades ampliamente utilizadas. A continuación se muestran las más comunes:
UNIDADES SIMBOLOGÍA
Atmosfera Atm
Milímetros de mercurio mmHg
Torricelli torr
Bares bar
Pascal pa
Pounds Per Square Inch (Lb/pulg2) psi
EQUIVALENCIAS:
1atm= 760mmHg= 1,013bar= 760torr= 101325pa= 14,7psi
MASA: corresponde a la cantidad de gas que se toma. Se mide en gramos o en moles
TEMPERATURA: es la medida de la energía cinética de las partículas que se encuentran en el
sistema. Para el caso de los gases siempre se debe expresar la temperatura en la escala Kelvin (K).
2. TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES
La teoría cinética de los gases explica las características y propiedades de la materia en general, y
establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están
en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento.
La teoría cinética de los gases considera que los gases están compuestos por las moléculas,
partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas partículas es muy
grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo
una fracción pequeña del volumen ocupado por todo el gas. Por tanto, al considerar el volumen de un
gas debe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.
El gas deja muchos espacios vacíos y esto explica la alta comprensibilidad, la baja densidad y la gran
miscibilidad de unos con otros.
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Hay que tener en cuenta que:
1. No existen fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas.
2. Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen
energía cinética.
3. En el movimiento, las moléculas de los gases chocan elásticamente unas con otras y con las
paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.
4. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen
los gases.
5. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. Pero
la energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la
temperatura del gas no varían; por ello, la presión de un gas es constante si la temperatura y
el volumen no cambian.
3. LEYES DE LOS GASES
Todos los gases, independientemente de su naturaleza química o del tamaño de sus moléculas,
responden a unas leyes muy sencillas, de las cuales las principales son:
1. LEY DE BOYLE Y MARIOTTE: Establece que el volumen de una cantidad fija de un gas
mantenido a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión del gas.
P1V1 P2V2
Ejemplo:
Un globo inflado que tiene un volumen de 0,55 L a nivel del mar (1,0 atm) se eleva a una altura de
6,5 km, donde la presión es de cerca de 0,40 atm. Suponiendo que la temperatura permanece
constante, ¿Cuál es el volumen final del globo?
Respuesta:
Condiciones iniciales: P1 1,0atm y V1 0,55L
Condiciones finales: P2 0,40atm y V2 ?
Usando la ecuación de la Ley de Boyle, se despeja V2 , se tiene entonces:
P
V2 V1 * 1
P2
1,0atm
V2 0,55L *
0,40atm
V2 1,4 L
2. LEY DE CHARLES: Establece que el volumen de una cantidad fija de un gas mantenido a
presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.
V1 V2
T1 T2
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Ejemplo:
Una muestra de 452 mL de gas flúor se calienta desde 22ºC hasta 187ºC a presión constante. ¿Cuál
es su volumen final?
Respuesta:
Condiciones iniciales: V1 452mL y T1 (22 273) K 295K
Condiciones finales: T2 (187 273) K 460K y V2 ?
Usando la ecuación de la Ley de Charles y Gay Lussac, se despeja V2 , se tiene entonces:
T2
V2 V1 *
T1
460 K
V2 452mL *
295 K
V2 705mL
3. LEY DE GAY LUSSAC
Si el volumen de un gas no cambia mientras lo calentamos, la presión del gas aumenta en la
misma proporción en que se incremente la temperatura.
4. LEY DE AVOGADRO: Establece que a presión y temperatura constantes, el volumen de un
gas es directamente proporcional al número de moles del gas presente.
V1 V2
n1 n2
5. LEY COMBINADA DE LOS GASES
Para una masa determinada de un gas, se cumple que el producto de la presión por el volumen
dividido entre el valor de la temperatura es una constante
Para lo cual se establece la siguiente ecuación:
6. LA ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES:
Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se puede
describir completamente por la siguiente ecuación:
PV nRT
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Donde:
R es la constante de proporcionalidad
R = 0,0821 L*atm/K*mol
El volumen molar de un gas a temperatura y presión estándar (0ºC y 1,0 atm) es 22,41 L
Ejemplo Nº3:
El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas incoloro, inodoro y muy reactivo. Calcule la presión (en atm)
ejercida por 1,82 moles del gas en un recipiente de acero de 5,43 L de volumen a 69,5ºC.
Respuesta
Despejando la presión (P) de la ecuación de gas ideal queda:
nRT
P
V
(1,82mol ) * (0,0821L * atm / k * mol ) * (69,5 273) K
P
5,43L
P 9,42atm
7. LEY DE GRAHAM O DIFUSIÓN DE LOS GASES
Difusión: es el proceso de expansión a través del espacio por parte del gas.
“La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su
peso molecular”
Donde: u = velocidad de difusión
M= Peso molecular
Esta expresión nos permite conocer los pesos moleculares de gases o sus densidades, a partir de
medidas experimentales de velocidad o viceversa, como también determinar cuál gas difunde más
rápido.
Efusión: es el proceso de movimiento a través de poros pequeños por parte del gas. Se define
como:
v = d/ t
Donde: v = velocidad de efusión
d = Distancia
t = Tiempo
8. LEY DE DALTON
La presión bajo condiciones de volumen y temperatura constantes, es directamente proporcional al
número de moles de gas:
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P = (RT/V)n = constante x n
John Dalton fue el primero en observar que la presión total de una mezcla de gases es igual a la
suma de las presionen parciales. Siendo la presión parcial la presión ejercida por cada
componente individual bajo las mismas condiciones de temperatura y volumen que la mezcla.
Ptotal = P1 +P2 +P3 + ……
Esta afirmación se conoce como ley de las presiones parciales de Dalton.
Si los gases obedecen a la ecuación del gas ideal, se puede escribir:
P1 = n1(RT/V) P2 = n2(RT/V) P3 = n3(RT/V)
Ptotal =( n1 + n2 + n3 + ……) RT/V
PARA TENER EN CUENTA:
Cuando se dice que un gas está bajo condiciones normales de presión y temperatura
(CNPT), significa que el valor de la presión es de 1 atm y el de la temperatura corresponde
a 0°C ó 273K.
Bajo condiciones normales de presión y temperatura, 1 mol de cualquier gas ocupa un
volumen de 22,4 litros. (1 mol equivale a 6,022x1023 moléculas)
4. EJERCICIOS
1. La presión del gas en una lata de aerosol es 1,5 atm a 25ºC. Considerando comportamiento
ideal, ¿cuál será la presión si la lata se calienta a 450ºC? R: 3,6 atm
2. Una cantidad de gas helio ocupa un volumen de 16,5 L a 78ºC y 45,6 atm. ¿Cuál es su
volumen en CNPT? R:585L
3. Se vacía un frasco y se encuentra que pesa 134,567g. Se llena con un gas de masa molecular
desconocida a una presión de 735 mmHg y 31ºC y luego se pesa de nuevo resultando
137,456g. Si el volumen del frasco es 936 cm3, ¿cuál es la masa molar molecular del gas
desconocido? R: 79,7 g/mol
4. El 78% de las moléculas de aire son de nitrógeno (N2). ¿Cuál es la presión parcial del gas en
el aire a una presión barométrica de 720 mmHg? R: 560 mmHg
5. Se recogen 0,200 L de oxígeno (O2) gaseoso sobre agua. La temperatura del agua y del gas
es 26ºC y la presión atmosférica de 750 mmHg. A) ¿Cuántos moles de oxígeno se han
recogido? B) ¿Qué volumen debe ocupar el O2 recogido cuando esté seco a la misma
temperatura y presión? R:7,77 X 10-3 mol; 0,193 L
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