Este documento resume las leyes fundamentales de la química, incluyendo la teoría cinético-molecular de los gases, las leyes de los gases, la ecuación de estado de los gases ideales y las presiones parciales. También describe técnicas espectroscópicas como la espectroscopia atómica e infrarroja, y la espectrometría de masas, que se usan para el análisis químico.

1. LEYES FUNDAMENTALES
DE LA QUÍMICA
1º Bachillerato Unidad 1
Segunda parte

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Contenidos
7.- Los gases
Teoría cinético-molecular de los gases
Las leyes de los gases
Ecuación de estado de los gases ideales. Gases reales.
Mezcla de gases: ley de las presiones parciales
8.- Técnicas espectroscópicas de análisis químico
Interacción entre luz y materia (espectro electromagnético)
Espectroscopia atómica e IR
Espectrometría de masas: isótopos

3. 3
Los gases
Leyes y ecuación general
Postulados de la teoría cinético-molecular de los
gases

Los gases están compuestos de moléculas separadas por
distancias mucho mayores Sun sus dimensiones. Pueden
considerarse partículas con masa pero con volumen
despreciable

Las moléculas de los gases están en continuo movimiento en
todas direcciones colisionando entre sí y con las paredes del
recipiente (cauaa de la presión del gas)

Los choques entre moléculas son elásticos (la energía se
transfiere de unas a otras, sin pérdida, de modo Sun Et= cte)

La fuerza de atracción entre las moléculas de un gas se
considera nula, debido a la separación entre ellas.

...continúa

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Los gases
Leyes y ecuación general
Postulados de la teoría cinético-molecular de los
gases (… continúa)

La energía cinética media de las moléculas es proporcional a la
temperatura absoluta del gas. Esta relación se expresa mediante
la ecuación
Donde K= 1,38·1023
JK-1
es una contante y T la temperatura absoluta
(se debe a L. Boltzmann y J. C. Maxwell)
Ec=
3
2
kT
Ec=
3
2
kT

5. 5
Leyes de los gases

6. 6
Ecuación de estado de los gases ideales
Ley combinada

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Ejemplo: El aire de una habitación que se encuentra
a 17 ºC, ejerce una presión de 0,95 atm. Si se
duplica el valor de la temperatura, ¿qué presión
ejercerá el aire?
Datos: T= 273+17= 290 K; p= 0,95 atm V= contante
Si se duplica T (sería 34 ºC) T = 307 K
Se aplica la ley de Gay-Lussac,
P/T= constante; p1
/T1
= p2
/T2
, 0,95 atm/290 K= p2
/307 K
La presión se duplica, p2
= 1,01 atm

8. 8
Ecuación de estado de los gases ideales

9. 9
Ecuación de estado de los gases ideales
Despejes y expresión de la densidad de un gas a partir de
la ecuación general

10. 10
Ley de Dalton de las presiones
parciales

11. 11
Ley de Dalton de las presiones
parciales

12. 12
Cálculo de fórmulas moleculares con la
ecuación de los gases ideales
Ejemplo: E la combustión de un compuesto orgánico formado por C, H y
N, se obtiene 1,32 g de CO2
, 0,81 g de H2
O y 0,46 g de NO2
. Determina su
fórmula molecular si 13,45 g del compuesto en estado gaseoso, a 400
ºC y 2 atm, ocupan un volumen de 6,29 L.
SOLUCION:
Al quemarse el compuesto, todo el C pasa a CO2
, el H a H2
O y el N a NO2
.
Teniendo en cuenta sus masas molares, se calcula la masa de cada
elemento químico en el compuesto, y luego el mol de cada elemento
1,32gCO2·
12,01gC
44,01gCO2
=0,36gC·
1molC
12,01gC
=0,03molC
0,81g H2O·
2,02g H
18,02gCO2
=0,09g H·
1mol H
1,01g H
=0,09mol H
0,46g NO2·
14,01g N
46,01g NO2
=0,14g N ·
1mol N
14,01g N
=0,01mol N

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Cálculo de fórmulas moleculares con la
ecuación de los gases ideales
Ejemplo: E la combustión de un compuesto orgánico formado por C, H y
N, se obtiene 1,32 g de CO2
, 0,81 g de H2
O y 0,46 g de NO2
. Determina su
fórmula molecular si 13,45 g del compuesto en estado gaseoso, a 400
ºC y 2 atm, ocupan un volumen de 6,29 L.
Sigue el problema....
La relación de moles de C, H y N es la misma qu en el compuesto, pero en
números enteros. Se divide todos por el menor valor.
La fórmula empírica es C3
H9
N. Para la fórmula molecular hay qu hallar M
sabiendo qu N= m/M. Y n se calcula a partir de PV= nRT
De donde M= 59,00 g·mol-1
. Siendo la masa molecular también 59,00 u
La FÓRMULA MOLECULAR ES C3
H9
N
0,03
0,01
=3moldeC ;
0,09
0,01
=9mol H ;
0,01
0,01
=1mol N

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Los gases reales
Los gases ideales no existen en la naturaleza ya que se
supone que entre las moléculas no hay fuerzas y que
su volumen frente al volumen del recipiente es
despreciable. En 1873 J.D. Van der Waals modificó la
ecuación de los gases ideales incluyendo dos
términos correctivos, uno para la presión y otro para
el volumen.
La ecuación queda:
Donde p y V son presión y Volumen ideal, a es una contante
relacionada con la fuerza entre moléculas y b es una
constante relacionada con el tamaño, y n el nº de moles. Si
p y T son bajas el comportamiento es el de un gas ideal
(p+
n2
·a
V 2
)·(V −nb)=nRT

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Naturaleza electromagéntica de la luz
Interacción entre luz y materia (espectro electromagnético)

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Espectroscopia atómica
Los espectros aislados (en fase gaseosa) pueden emitir o absorber
radiación electromagnética. Se detectan elementos químicos

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Espectros de emisión

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Espectroscopía de absorción IR (infrarroja)
Es la técnica que más se emplea para la identificación
molecular, cuya frecuencia está comprendida entre
3·1011
Hz y 4·1014
Hz.
La luz IR provoca vibraciones moleculares, ya qu los
enlaces no son rígidos.
Cada enlace C-H, C=O, C-N, O-H, etc., tiene una
frecuencia característica de vibración

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Espectroscopía de
absorción IR (infrarroja)
Se detectan sobre todo
moléculas orgánicas, a
través del análiis de
sus enlaces covalentes

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Otras técnicas espectroscópicas:
Espectrometría de masas
El espectro que se obtiene no es una serie de radiaciones
electromagnéticas, sino de fragmentos de materia
Su aplicación es la determinación de masas atómicas y
moleculares
El el espectrómetro de masas, una minúscula muestra se
vaporiza e introduce en una zona donde es sometida a
bombardeo de electrones muy energéticos. La muestra
se fragmenta y genera iones positivos, cuyo tamaño
varía según los requerimientos del análisis

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Técnicas espectroscópicas de
análisis químico
Espectrometría de
masas de la
propanona
E el espectro, la señal o pico a 58 u corresponde a la
molécula completa, pero ionizada [CH3
COCH3
]+
. Los
otros picos corresponde a diversos fragmentos,
[CH3
CO]+
43 u y [CH3
]+
15 u