Propiedades y leyes de los gases

Propiedades de los gases

Presión

Expansión

Baja densidad

Difusión

Aumenta el volumen las partículas se alejan.

Llena cualquier recipiente que los contiene.

Al aumentar la temperatura los gases se dilatan aumentando su volumen.

Proceso de dispersión espontánea sin ayuda adicional para ocupar un espacio.

Proceso de dispersión espontánea sin ayuda adicional para ocupar un espacio.

Cuando aumenta la temperatura de un gas aumenta la presión.

Densidad: es la masa por unidad de volumen (g/L).

Cuando disminuye la temperatura de un gas disminuye la presión.

Leyes de los gases

Ejemplos de gases esenciales para la vida.

Oxígeno: Para respirar.

Nitrógeno: Para crear atmósferas protectoras.

Hidrógeno: Para generar y/o producir agua.

Carbono: Vital para el crecimiento de las plantas.

El helio: utilidad médica (resonancias magnéticas)

Dióxido de carbono : respiración interna en el cuerpo humano.

Ley de Boyle

Características:

La ley de Boyle-Mariotte fue formulada independientemente por el físico y químico británico Robert Boyle en 1662 y el físico y botánico francés Edme Mariotte en 1676.

Laley establece que a temperatura constante el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce.

-Si la presión aumenta el volumen disminuye.

-Si la presión disminuye el volumen aumenta.

Fórmula:

P1 x V1 = P2 x V2

Ejemplos:

Un tanque a presión de 5 atmósferas contiene 2 L de un gas. Calcular el volumen que ocuparía en un tanque a presión ambiente de 1 atmósfera si la temperatura permanece constante.

Datos:

P1 = 5 atm

V1 = 2L

P2 = 1 atm

V2 = ? (L)

Proceso:

P1 x V1 = P2 x V2

P1 x V1 / P2= V2

V2 = P1 x V1 / P2

V2=5atm x 2L / 1atm

V2=10 L

Un globo de helio ocupa 100 litros a nivel del mar (1 atmósfera). Calcular el volumen del globo a 20 kilómetros de altura donde la presión del aire es de 0,5 atmósferas. Se considera que la temperatura es la misma en los dos puntos.

Datos

P1 = 1 atm

V1 = 100L

P2 = 0,5 atm

V2 = ? (L)

Proceso

P1 x V1 = P2 x V2

P1 x V1 / P2= V2

V2 = P1 x V1 / P2

V2=1atm x 100L / 0,5atm

V2=200 L

Ley de Charles

Características:

La ley fue publicada primero por Gay-Lussac en 1802, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles.

- El volumen es directamente proporcional a la temperatura.

- La presión es constante.

- Si la temperatura aumenta el volumen aumenta.

- Si la temperatura disminuye el volumen también disminuye.

Fórmula:

V1/T1=V2/T2

Ejemplos:

Un cilindro de aire contiene 2000 Litros a 65° C determina el volumen que ocupará si la temperatura aumenta a 100° C, manteniendo la presión constante.

Una masa de nitrógeno ocupa 200 mL a 100°C. Determine su temperatura si el mismo tiene un volumen de 50 ml, si la presión se mantiene constante.

Ley de Gay-Lussac

Características:

- Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.

- Estudia la relación entre la presión y la temperatura.

- El volumen se mantiene constante.

- La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura.

- Si la temperatura aumenta la presión aumenta

- Si la temperatura disminuye la presión disminuye.

- La temperatura se trabaja en grados.

Fórmula:

P1/T1=P2/T2

Ejemplos:

Una llanta de un bus está llena a una presión manométrica de 300 mmHg a 15 °C , después de un recorrido de 200Km la temperatura dentro de la llanta aumenta a 20 °C , determina la presión de la llanta con la nueva temperatura.

Un tanque contiene un gas a 300 °K a 15 atmósfera de presión. EL tanque está preparado para soportar 15 atmósferas, si debido a un cambio de región la temperatura aumenta a 400°K. Determina si este tanque soportaría la presión.

Ley combinada

Fórmula:

P1 x V1 / T1= P2 x V2 / T2

Característica:

- Involucra las variables: P, T, V.

- Combina la ley de Boyle, Charles y Gay-Lussac.

- El volumen es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional a la presión.

- La temperatura se mide en grados Kelvin.

Ejemplos:

​​​​​​Cierta muestra de gas extraída de una botella de Coca Cola tiene un volumen de 0,50 L medida a 90 °C y 0,65 atm. Determinar su volumen en condiciones normales.

¿Qué volumen ocupará a -10 °C y 500 mmHg, un gas nocivo para la salud y que sale a partir de los carros, que ocupa inicialmente 500 L a 20 °C y 800 mmHg?

Datos:

V1 = 0,50L

T1= 90 °C

P1 = 0,65 atm

V2 = ?

T2 = 273,15 °K

P2 = 1 atm

Proceso:

T1 = 90 °C + 273,15 °K = 363,15 °K

P1 x V1 / T1= P2 x V2 / T2

P1 x V1 x T2 / T1 x P2 = V2

0,65 atm x 0,50 L x 273,15 °K / 363,15 °K / 1 atm = V2

V2 = 88,77 / 363,15L

V2 = 0,24 L

Datos:

V1 = 500 L

T1 = 20 °C

P1 = 800 mmHg

V2 = ?

T2 = -10 °C

P2 = 500 mmHg

Proceso:

T1 = -10 + 273,15 °K = 263,15 °K

T2 = 20 + 273,15 °K = 293,15 °K

P1 x V1 / T1= P2 x V2 / T2

P1 x V1 x T2 / T1 x P2 = V2

800 mmHg x 500 L x 263,15 °K / 293,15 °K x 500 mmHg = V2

V2 = 105,260 / 146,575L

V2 = 0,71 L

Ley de la ecuación general de los gases ideales

Características:

- Explica la relación entre las variables: P, V, T, n.

- Un gas ideal es: un gas hipotético cuyo comportamiento de P, V, T se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal.

Fórmula:

P x V = r x T x n

Ejemplos:

Calcular el volumen de un gas oxígeno molecular con 25 gr con el que se llenará a un tanque de oxígeno para un paciente con COVID-19 si hay 6 atm de presión o 150 °C (O = 16).

Calcular el número de moles de un gas de una cerveza que ocupa un volumen de 0,135 L a 2 atm de presión y una temperatura de 333,15 °K.

Datos:

V = ? L

25 gr O2

P = 6 atm

T = 150 °C

r = o,082 L atmmol °K

Proceso:

T = 150 °C + 273,15 °K = 423,15 °K

O2 16 = 32 gr / mol

n = 25 gr / 32 gr / mol= 0,78 mol

P x V=r x T x n

V = r x T x n / P

V = 0,082Lx atm / mol x °K x 423,15 °K x 0,78 mol / 6 atm

V = 4,51 L

Datos:

n = ? mol

V = 0,135 L

P = 2 atm

T = 33,15 °K

Proceso:

P x V=r x T x n

P x V / r x T= n

n=2 atm x 0,135 L / 0,082L x atm / mol x °K x 333,15 °K

n=0,27 / 27,31mol

n = 9,88 mol

Datos:

T1 = 300 K

P1 = 15 atm

T2 = 400 K

P2 = ?

Proceso:

P1/T1 = P2/T2

(P1 x T2)/T1 = P2

(15 atm x 400 K)/300 K = P2

20 atm = P2

La presión final del tanque fue de 20 atm

Datos:

P1 = 300 mmHg

T1 = 15 °C → 288,15 K

P2 = ?

T2 = 20 °C → 293,15 K

Proceso:

P1/T1 = P2/T2

(P1 x T2)/T1 = P2

(300 mmHg x 293,15 K)/288,15 K = P2

305,20 mmHg = P2

La presión final de la llanta es 305,20 mmHg

Datos:

V1 = 2000 L

T1 = 65°C → 338,15 K

V2 = ?

T2 = 100 °C → 373,15 K

Proceso:

V1 / T1=V2 / T2

2000 L / 338,15 K=V2 / 373,15 K

2000 L ✕ 373,15 K / 338,15 K=V2

2207,008 L=V2

El volumen final del cilindro fue 2201,008 L

Datos:

V1 = 200 ml

T1 = 100 °C → 373,15 K

V2 = 50 ml

T2 = ?

Proceso:

V1/T1 = V2/T2

(T1 x V2)/V1 = T2

(373,15 K x 50 ml)/ 200 ml = T2

93,28K = T2

La temperatura final fue de 93,28 K en la masa de nitrógeno.

Variables:

V = Volumen

P = Presión

T = Temperatura

V1 = Volumen incicial

V2 = Volumen Final

P1 = Presión inicial

2P = Presión final

T1 = Temperatura inicial

T2 = Temperatura final

°C = Grados Celsius

°F = Grados Fahrenheit

K = Grados Kelvin

atm = Atmósferas

cm Hg = centímetros de Mercurio

mm Hg = milímetros de Mercurio

Variables:

r = Constante general de los gases ideales

n = cantidad de sustancia

mol = mol

P (A) = Presión Parcial

N (A) = Número de moles del gas

N (T) = Número de moles totales de los gases

P (T) = Presión total

P (B) = Presión parcial

N (B) = Número de moles del gas

X (1,2,3,n) = Fracción molar