QUIMICA GASES LEYES INDIVIDUALES PRESION TEMPERATURA

Vista previa del material en texto

Gases
GASES 
En nuestra vida, vivimos rodeados de gases. El más importante, el aire que básicamente es una mezcla nitrógeno – oxigeno. Pero hay muchas reacciones que ocurren en nuestros alrededores y que se forman gases como, por ejemplo: las combustiones. Donde los combustibles sólidos, líquidos o gaseosos se transforman en dióxido de carbono – vapor de agua – y otros gases que puedan impurificar a los combustibles. Así, por ejemplo, el ambiente aéreo en una ciudad puede contener algunos gases del tipo óxido de nitrógeno y/o también de azufre. Estos gases, junto a otros gases generan lo que se conoce como efecto invernadero. 
En las ciudades donde hay poco intercambio de gases ambientales por cuestiones geográficas como por ejemplo la ciudad de Mendoza, por estar en una depresión el movimiento del viento puede dificultar arrastrar estos gases. Esta acumulación cuando se humedece el ambiente se transforma en lluvia acida, el efecto de la misma es que ataca a los metales puro o aleados como el bronce con el que se construye los monumentos. 
Pero los gases también se pueden utilizar como portadores de sustancias (Carrier) como en el caso de la anestesia. También en la industria se lo usan para trasladar materiales livianos como neumática (a través de ventilación, por ejemplo). Además, los gases, son capaces de gasificar bebidas. 
Para estudiar los gases y su comportamiento, debemos tener presente sus propiedades y las variables que pueden modificar su comportamiento. Estas variables son: 
 
La presión se debe medir en atmosferas. Si la presión no tiene esta unidad se debe transformar. Para ello, debemos recordar que una presión de 1 atm equivale a 760 torr o 760 mm de mercurio.
El volumen lo utilizaremos en litros o cm3. Recordando que 1 litro equivale a 1000 ml o 1000cm3. 
La temperatura se utiliza en kelvin. Una temperatura en kelvin se obtiene sumando 273 unidades al Celsius (°C) 0°C equivale a 273 kelvin 
La cantidad de materia en moles. El numero de moles resulta de dividir la masa / masa molar. ¡¡No olvidar los gases diatómicos!! N2 – O2 – ETC.
LEYES INDIVIDUALES DE LOS GASES
Los gases para poderlos estudiar utilizan 2 magnitudes variables y 2 magnitudes constantes. Estas leyes, a pesar de haberse resuelto hace muchos años atrás, aun hoy tienen vigencia. 
LEY DE BOYLE Y MARIOTTE
Estos dos investigadores trabajando por separado, uno en Inglaterra y otro en Italia, llegaron a la misma conclusión. A temperatura constante y cantidad de materia constante el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión de trabajo. 
T = cte. N= cte. 
c2 = pendiente
V = c2*(1/P) 
La proporcionalidad no tiene valor matemático, pero es factible transformarla en una igualdad utilizando una constante de proporcionalidad. 
LEY DE CHARLES
Trabaja con cantidad de materia constante y presión constante. El volumen es proporcional a la temperatura. 
V α T,   a  n=cte.  y  P=cte. 
LEY DE AVOGRADO
Temperatura constante – Presión constante. Relaciona el volumen con la cantidad de materia 
ECUACION GENERAL DE LOS GASES o ECUACION DE LOS GASES IDEALES
Analizando en conjunto las 3 leyes podemos decir que el volumen es proporcional a la temperatura a la cantidad de materia y inversamente proporcional a la presión. 
LEY DE GAY LUSSAC
Este investigador francés, media como variaba el magnetismo a medida que se alejaba de la superficie terrestre. Para ello, utilizaba globos aerostáticos de gases calientes. Estos globos, usaban una cantidad constante de materia y un volumen constante. A medida que aumentaba la temperatura del gas, el globo ascendía. 
Esta ley se puede plantear de la siguiente manera:
P α T,   a  n=cte.  y  V=cte.
P = k* T
PRESIONES PARCIALES 
Esta ley se debe a Dalton. Dalton encontró la manera de calcular cuanto aporta cada gas cuando hay una mezcla de gases sin reacción química. Supongamos que tenemos 3 gases hipotéticos a- b- c. Todas las muestras se introducen a un mismo recipiente en iguales condiciones de trabajo, a temperatura constante. Para cada uno de ellos, podemos plantear una ecuación de los gases individual. Para ello solo basta definir que variables y que constantes utilizaremos. 
Pt= xA*Pt + xB*Pt + xN*Pt  => Pt = Pt*(xA  +  xB + xN)
En un sistema de varios componentes gaseosos, sin reacción química, la presión total del sistema es la suma de las presiones parciales. 
Entendiéndose como presión parcial de un gas la presión que ejercería dicho gas en la mezcla como si estuviese solo ocupando la totalidad del volumen en las condiciones de trabajo. 
Habíamos establecido que para estudiar los gases se tenían en cuenta 4 variables Presion – Temperatura – Volumen y Cantidad de Materia. Pero, debemos comprender cual es la definición de cada una de estas magnitudes
PRESION
Es sabido que cualquier cuerpo que esta en la superficie terrestre esta afectado por la presión atmosférica. Para definirla, podemos hacer el siguiente análisis. Si tomamos una sección de un metro cuadrado (m2) y calculamos la masa aproximada de la columna de gases que afecta ese sector tomando como medida que dicha columna es de 10000 metros. En estas condiciones la masa de gases sobre metro cuadrado es de 10000 kilos, eso se traduce en la presión atmosférica la cual varia de un lugar a otro en función de la altitud del lugar. 
Las primeras mediciones de la presión atmosférica, las realizo Torricelli. El experimento del mismo consistía en llenar un tubo con un solo extremo abierto con mercurio (Hg), sin importar la longitud del tubo solo que debía superar 76 cm cuando lo iba introduciendo la boca abierta del tubo en una cubeta de mercurio, la columna mercurial descendía hasta 76 cm, sin importar la longitud del tubo siempre trabajando a nivel del mar.
	
Torricelli dedujo que la presión atmosférica del lugar era la responsable de que siempre hubiera una columna de mercurio de 76 cm y la única presión a la que esta sometido el mercurio es a la presión atmosférica que afecta al mercurio en la cubeta el cual se transfiere al interior del tubo. 
Torricelli define que una atmosfera de presión (1 atm) es equivalente a 76 cm de columna de mercurio. 
La presión se define como fuerza sobre unidad de área. Para el barómetro de Torricelli la fuerza es el peso de la columna de mercurio, entonces la presión es el peso / área.
El peso por definición es la masa por la fuerza gravitatoria, pero podemos medir más fácilmente los cambios usando el volumen de la columna de mercurio, por ello recordamos la definición de densidad, despejamos masa y nos queda densidad por volumen.
Entonces calculamos el peso de la columna de mercurio como la densidad por el volumen por la gravedad. Pero el volumen se define como la sección o área por la altura 
VHg = A * hHg
Por lo tanto, el peso de Mercurio pHg = ρHg * A * hHg * g
Reemplazando en la ecuación de la presión la masa en función del área y la densidad / área se cancela el Área. 
De esta ecuación la gravedad es una constante igual que la densidad del mercurio. Por lo tanto, la presión atmosférica solo depende de la altura de la columna de mercurio. 
Se define el Newton y se define una nueva unidad llamada Pascal. Un pascal = 1N/m2 
1 Pa = 1 N*m-2
En química utilizaremos: 1 atm = 760 mm Hg = 1,01325 Bar 
PRESION DE GAS
Cuando un gas está confinado a un recipiente, los choques de las moléculas contra las paredes del recipiente generan presión. Supongamos un pistón móvil que comprime un gas en el interior de un recipiente. La presión que soporta el gas es la presión externa o atmosférica que afecta al pistón. Pero si la incrementamos la presión el volumen de un gas disminuye
TEMPERATURA
La temperatura otra de las variables que afecta el comportamiento de un gas se puede expresar en varias escalas. La primera que se definió es la escala Fahrenheit que fue definida con el agua como sustancia en estudio. A la temperatura de congelamiento o fusión del agua le asigno 32F de manera arbitraria y ala temperatura de ebullición 212F. 
En cambio, Celsius hizo una escala con los mismos parámetros (El agua) pero le asigno 0°C a la temperatura de congelamiento o fusión del agua y 100°C a la temperatura de ebullición o vaporización del agua. 
T(K) = t(°C) + 273
T(F) = 1,8 * t(°C) + 32
Por último, Thomson o Lord Kelvin genero una escala termométrica que le asigno a la temperatura de ebullición del agua 375K a la de congelamiento 273K. Esta escala es la que se utiliza en gases. Para pasar de Celsius a Kelvin solo se debe sumar 273 
VOLUMEN Y CAPACIDAD 
Es muy común usar ambas unidades como sinónimos, pero debemos pensar que la capacidad de un recipiente se calcula en función de su forma geométrica y sus dimensiones, por ejemplo, si tenemos un recipiente que es un cubo de 1 m de arista este recipiente tendrá una capacidad de 1m2 y en su interior podemos contener 1000 litros de líquido. 
1m3 = 1000 L.
1dm3 = 1000 cm3 = 1 L = 1000 mL
CANTIDAD DE MATERIA
En química, una manera de expresar la cantidad de materia es el numero de moles, en los gases también. 
Recordando que el número de moles para cualquier sustancia es la masa sobre la masa molar.