Este documento presenta las leyes fundamentales de los gases, incluyendo las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y los gases ideales. Explica conceptos como presión, volumen, temperatura y cantidad de gas. Además, incluye ejemplos para aplicar cada ley y resuelve ejercicios numéricos utilizando las fórmulas correspondientes. Finalmente, concluye comprobando las relaciones descritas en las leyes de Boyle y Charles a través de los ejercicios resueltos.
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INTRODUCCION
El estado gaseoso de la materia, se caracteriza porque los átomos o moléculas se
encuentran muy separados entre sí y sus interacciones son mucho más débiles
que en el estado líquido y sólido.
Las moléculas de los gases se mueven libremente chocando contra las paredes del
recipiente que los contiene, lo que origina la presión del gas. Cuanto mayor sea la
temperatura, mayor será la velocidad de las moléculas, y por lo tanto, mayor debe
ser el volumen para que la presión no varíe. Mediante este trabajo se darán a
conocer las diferentes leyes de la química.
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OBJETIVOS
Reforzar los conocimientos previos acerca de estas Leyes.
Emplear principios matemáticos básicos (despejar ecuaciones).
Conocer y diferenciar las formulas de cada Ley.
Conocer las propiedades de los gases.
Saber ante qué circunstancias se debe aplicar cada Ley.
Conocer y diferenciar los diversos conceptos de gases.
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MARCO TEÓRICO
ESTADOS 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.
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GASEOSO: En un gas las moléculas se encuentran muy
lejanas unas de otras y se mueven en todas direcciones con libertad
absoluta
TEMPERATURA
Según la teoría cinética, la temperatura es una medida de la energía cinética media
de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. Dado que la energía
cinética depende de la velocidad, podemos decir que la temperatura está
relacionada con las velocidades medias de las moléculas del gas.
Hay varias escalas para medir la temperatura; las más conocidas y utilizadas son
las escalas Celsius (ºC), Kelvin (K) y Fahrenheit (ºF). En este trabajo sólo
utilizaremos las dos primeras.
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¿Cómo se calibra un termómetro?
Mientras se está produciendo un cambio de estado la temperatura permanece
constante y por ello consideramos los cambios de estado del agua (a 1 atm) como
puntos de referencia.
Recuerda:
En los cálculos que vamos a realizar en este trabajo SIEMPRE habrá que expresar
la temperatura en kelvin.
PRESIÓN
En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie
sobre la que se aplica:
P=FS
Dado que en el Sistema Internacional 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)
1Pa=1Nm2
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En este trabajo usaremos la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg):
1atm=760mmHg1atm=760mmHg
VOLUMEN
El volumen es el espacio que ocupa un sistema.
Hay muchas unidades para medir el volumen. En este trabajo usaremos el litro (L)
y el mililitro (mL)
Su equivalencia es:
1L = 1000 mL
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Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el
cm3 son unidades equivalentes.
CANTIDAD DE GAS
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se
encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de
gas es el mol.
Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro:
1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas
1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos
¡¡¡ 602.200.000.000.000.000.000.000!!!
La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de
dicha sustancia:
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LEYES
LEY DE AVOGADRO
Relación entre la cantidad de gas y su volumen
Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación
entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la
temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.
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LEY DE BOYLE
Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es
constante
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.
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LEY DE CHARLES
Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es
constante
En 1787, Jack 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
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LEY DE GAY-LUSSAC
Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es
constante
Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el
volumen es constante.
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LEY DE LOS GASES IDEALES
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas
hipotético formado por partículas puntuales sin atracción ni repulsión entre ellas
y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de
momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a
la temperatura en un gas ideal.
La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la
temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:
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LEY GENERALIZADA DE LOS GASES
Ley de los gases que combina la ley de Boyle-Mariotte, la ley de Charles y la ley de
Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables
termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante.
La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente
proporcionales entre sí, siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley
de Boyle afirma que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre
sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una
proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se
encuentre a un volumen constante. La interdependencia de estas variables se
muestra en la ley de los gases combinados, que establece claramente que:
La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema
permanece constante.
Matemáticamente puede formularse como:
Dónde:
P es la presión
V es el volumen
T es la temperatura absoluta (en kelvin)
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K es una constante (con unidades de energía dividido por la temperatura) que
dependerá de la cantidad de gas considerado.
Otra forma de expresarlo es la siguiente:
donde presión, volumen y temperatura se han medido en dos instantes distintos 1 y
2 para un mismo sistema.
En adición de la ley de Avogadro al rendimiento de la ley de gases combinados se
obtiene la ley de los gases ideales.
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CONCLUSIONES
Se comprobó en la ley de Boyle que el volumen es inversamente proporcional a la
presión manteniendo la temperatura constante.
Se comprobó en la ley de Charles y Gay Lussac que el volumen es directamente
proporcional a la temperatura manteniendo la presión constante.
WEBGRAFÍA
http://www.educaplus.org/gases/ejer_gas_ideal.html
