7mo Comportamiento de Los Gases

 

Ciencias Naturales 7mo Básico

LOS GASES Y SU COMPORT CO MPORTAMIENTO AMIENTO  Las sustancias pueden exisr al menos en tres estados, sólido, líquido y gaseoso. La diferencia sustancial si viéramos viéramos sus moléculas sería la separación separación entre ellas. (g 1) En un gas, las moléculas están separadas por distancias que son grandes en Fig 1

comparación con el tamaño de las moléculas. Los estados de la materia pueden ser converdos entre ellos, mediante la aplicación de energía, pero no cambian de composición. Lo Loss gase gasess ca care rece cen n de fo form rma a pr prop opia ia y no ene enen n volumen

denido…

¿qué

e en n

p pa as a

Fig 2

los

recipientes que los conenen?... pues adoptan la forma del recipiente, como lo que sucede con un globo. La mayoría no se puede ver, aunque algunos enen un olor caracterísco. Los gases poseen las menores densidades entre los estados de la materia, como lo podemos observar en la mezcla de agua y aire en un vaso inverdo, ¿Dónde se encuentra el aire? ¿Dónde se encuentra el agua? (g2)

Teoría cinétco – molecular de los gases. La te teor oría ía mole molecu cula larr esta establ blece ece qu que e el calo calorr y el movi movimi mien ento to está están n re rela laci cion onad ados os entr entre e sí, sí, consid con sider erand ando o que to todas das las parcu parculas las de la mat materi eria a están están en const constan ante te mov movimi imient ento. o. Como Como estamos estudiando los gases, esta teoría se llama teoría cinéco – molecular de los gases. Esta teoría permite describir el movimiento de las parculas, para ello acuerda los siguientes supuestos: a) Los gases están formados por moléculas. b) Si aumenta la temperatura del gas, aumenta el movimiento de sus moléculas.   c) Las moléculas moléculas que forman forman los gases, gases, presenta presentan n un movimien movimiento to connuo y desordenad desordenado, o, chocando unas con otras y con las paredes del recipiente que las conene. Los choques entre las molécu mol éculas las son  perfectamente  perfectamente eláscos, esto quiere decir que la energía de una parcula se entrega a la otra pudiendo connuar en constante movimiento. d) El constante choque de las moléculas con el recipiente que las conene se llama presión. e) No existen fuerzas de repulsión o atracción entre las moléculas que forman los gases, debido a que se encuentran muy separadas. f) La energía cinéca promedio o candad de movimiento que presentan las moléculas de un gas, es proporcional con la temperatur temperatura a del gas medida en grados g rados Kelvin.

Propiedades de los gases Difusión: es la propiedad en la que dos o más gases se pueden mezclar de

maner man era a unifo uniforme rme deb debido ido al mov movimi imien ento to de sus molécu moléculas las.. Por Por ejemplo ejemplo,, cuando abres un perfume y se puede senr su aroma por toda la habitación. Donde se mezcla el aroma con el aire de la habitación. ellas, as, enden a completar completar en Fluidez:  como las moléculas enen escasas fuerzas de unión entre ell forma indenida y uniforme todo el espacio en el que se encuentran. Por ejemplo, cuando ha hay y un

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gas encerrado en un recipiente, como un globo inado, basta una pequeña abertura para que el gas salga.

Resistencia:  es la propiedad de los gases de oponerse al movimiento

de los cuerpos, esto se debe a la fuerza de roce, a mayor tamaño y velocidad del cuerpo, mayor será la resistencia que oponen los gases al cuerpo en movimiento.

  Compresión: se produce una disminución del volumen de un gas debido a la presión aplicada, porque sus moléculas se acercan entre sí. Por ejemplo ejemplo,, cuando cuando se tapa el extremo extremo de una jering jeringa a y se aplica una presión sobre el émbolo.

Presión de los gases Para comprender los cambios que experimentan los gases en sus propiedades debemos observar las variaciones en su volumen, temperatura temperatura y presión.

El Volumen es   es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio.

La Temperatura  es la medida de la energía cinéca de las moléculas, o sea del movimiento de las parculas.

Y la Presión es la medida del efecto que una fuerza ejerce sobre una supercie. La presión (P) depende de dos factores: La fuerza aplicada (F). Mientras mayor es la fuerza aplicada, mayor es la presión y el efecto sobre el cuerpo que la recibe. Y el área (A) sobre la que se aplica la fuerza. Cuanto menor sea esa supercie, mayor es la presión. Esto explica que la fuerza sobre ese cuerpo c uerpo sea mucho más intensa.

En el sistema internacional (SI), la presión se mide en (N/m 2), unidad que recibe el nombre de pascal (Pa) que son Newton divididos por metros al cuadrado. 1 Pa = N/m2 Como el pascal es una unidad de presión muy pequeña, se usan otras unidades de medida, como la atmósfera (atm), los milímetros de mercurio (mmHg) o el torr torr..

Se puede medir en: 760 mmHg = 760 torr = 1 atm = 101300 Pa  2 

 

La presión de un gas es una medida de la fuerza que ejercen las moléculas del gas sobre una determinada supercie (área) de las paredes del recipiente en que se encuentran. Mientras mayor sea la frecuencia de choques de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente, mayor será su presión. Para Par a medir la presión presión de un gas dentro dentro de un recipient recipiente e

se uliza un inst instrumen rumento to llamado llamado

manómetro. Este es un tubo con forma de U que conene mercurio en su interior. Uno de los extremos está cerrado y el otro está abierto, este úlmo se conecta al recipiente que conene el gas y cuya presión se quiere conocer. La altura del mercurio permite conocer la presión presión del gas dentro del recipien recipiente. te. Por ejemplo, en la imagen, la altura (h) del mercurio es 120 mm. A parr de este valor se puede calcular la presi presión ón del gas dentro del recipiente, ulizando la siguiente expresión: P = presión h= altura

P = h x g x d  h

h

g = aceleración de gravedad d = densidad del mercurio

Ejercicios 1. Si la Densidad mercurio es  d=13579,04 kg/m3 = 13,57904 gr/cm3 y la aceleración de gravedad es: g = 10 m/s m/s2 Calcular la Presión de un gas si la altura de la columna es de 10 cm. Presión, volumen y temperatura

La presión es la medida del efecto que una fuerza (N) ejerce sobre una supercie o área (m2). El volumen es la medida del espacio espacio que ocupa un cuerpo o sustancia sustancia.. Su unidad de medida en el sistema internacional es el metro cúbico (m3), sin embargo a menudo se usa el litro (L). La Temperatura es la medida del grado de movimiento (energía cinéca) de las parculas de un cuerpo.. Su unidad cuerpo unidad de medid medida a en el sist sistema ema internacion internacional al es el kelvi kelvin n (K), sin embargo embargo se mide generalmente generalment e en grados Celsius (°C). Las leyes de los gases estudian el comportamiento de una determinada masa de gas, si una de las magnitudes en estudio (volumen, presión o temperatura) permanece constante. En 1160, Robert Boyle (1627 – 1691) estableció que: “El volumen de una determinada determinada masa de gas, a temperatu temperatura ra constan constante, te, es inversam inversament ente e  proporcional a la presión que soport soporta”  a” 

P x V = k(constante) Y su expresión matemáca es:

Pi x Vi = Pf  x  x Vf 

Esta ley es llamada Ley de Boyle.

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Según la teoría cinéco-molecular la ley de Boyle se puede expresar de la siguiente manera conociendo que la presión de un gas se produce por los choques de las moléculas con la supercie del recipiente que lo conene. “Si en un sistema cerrado la temperatura se manene constante, la energí ene rgía a cinéc cinéca a de las molécul moléculas as no se modic modicar ará, á, sin emb embarg argo, o, al reduci reducirs rse e el vo volum lumen, en, la candad de choques por unidad de supercie aumenta, aumentando así la presión” Se obene: 

Al gracar los siguientes datos:

En 1787, Jacques Charles (1746-1823) estableció que: “El volumen de una determinada masa de gas, a presión constante, constan te, es directament directamente e proporcional a su temperatura absoluta” Siendo la relación entre las variables:

   

V T

k(constante)

Vi Ti 

Y la expresión matemáca de la ley es: Esta ley es llamada Ley de Charles.

Vf  Tf 

Según la teoría cinéco-molecular en la ley de Charles la presión permanece constante. Por lo que, si se aumenta la temperatura del sistema, aumenta la energía cinéca de las parculas y con ello, aumenta también la supercie de choque de las parculas, es decir, debe aumentar el volumen en el recipiente. Aprox Apr oxima imadam damen ente te en 1800, 1800, Jacque Jacquess Cha Charle rless jun junto to a Joseph Gay-Lussac (1778-1850) establecieron que: “L “La a pr pres esió ión n

de una deter determi mina nada da masa masa de gas gas,, a

volumen constante, es directamente proporcional a su temper tem peratu atura ra abs absolu oluta ta” ” Sie Siendo ndo la rel relaci ación ón entre entre las

variables:

 

 

P T

k(constante)

Y su expresión matemáca es:

  Esta ley es llamada Ley de Charles y Gay-Lussac .

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Pi Ti 

Pf  Tf 

 

Según la teoría teoría cinéco-mo cinéco-molecul lecular ar,, en la ley de Charl Charles es y Gay-Lussac, Gay-Lussac, cuando se produce produce un aumento de la temperatura en un sistema cerrado, la energía cinéca de las parculas aumenta. Y si en este sistema el volumen no varía, se produce un aumento del número de choques de las moléculas por unidad de supercie, es e s decir decir,, aumenta la presión. Al combinar las leyes de los gases ya conocidas y explicar la relación que existe entre volumen (V), presión (P), temperatura temperatura (T) y candad de gas expresado en moles (n) se obene la ley de los gases ideales. Un gas ideal es un gas hipotéco, por lo que su comportamiento puede explicarse completamente de acuerdo a la ecuación del gas ideal:

PxV=nxRxT Donde R es la constante de proporcionalidad y ene el mismo valor para todos los gases. Este valor se calcula de acuerdo al volumen molar, corresponde a 22,4 L que es el volumen que ocupa un gas en condiciones normales de presión (1 atm) y temperatura de 0°C (273 K).

R= PxV   nxT R = 1 atm x 22,4L = 0,082 atm L 1 mol x 273 K mol K

 

Para determinar la candad de moles debemos saber a qué se reere con ello. Mol: es la candad de sustancia que conene una gran candad de parculas (átomos, moléculas, iones, etc.) La masa molar es la masa que conene un mol de una parcula (átomo, molécula o ión). Para obtenerla se suman las masas atómicas de cada uno de los átomos.

Masa atómica

La masa atómica se saca de la tabla periódica. Y corresponde a la masa de un mol del elemento expresada en gramos. Ahora vamos a realizar un ejercicio para que nos queden más claros estos conceptos: Calcular la masa molar del ácido sulfúrico (H2SO4): 1° Vemos que elementos componen esta e sta molécula: H S O 2° Ordenamos los elementos que componen esta molécula y vemos cuantos átomos de cada uno de ellos hay: H=2 S=1 O=4 3° Vamos a la tabla periódica y vemos su masa atómica.  5 

 

Como se observa la masa del hidrogeno es 1, 008 gramos/ mol, el del azufre es de 32,07 gramos / mol y el del oxígeno es de 16 gramos / mol. En Enton tonces ces mulpli mulplicam camos os la masa masa at atómi ómica ca de cada elemento elemento por el número número de átomo átomoss del elemento.   H = 1,008 g/mol x 2 = 2, 016 g/mol   S = 32,07 g/mol x 1 = 32,07 g/mol +O = 16,00 g/mol x 4 = 64 g/mol Se suman y se obene la masa molecular: 2,016 + 32,07 + 64 = 98,086 9 8,086 g /mol de moléculas de H 2SO4 Esta sería la masa molar de la molécula de ácido sulfúrico (H2SO4)

ACTIVIDADES

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