Transcript estado gaseoso

Tema 2
Gases
¿Cuáles son las ideas principales?
Todos los gases se comportan de manera similar, de modo que
el mismo conjunto de ecuaciones puede ser usado para predecir
su comportamiento.
¿Por qué necesitamos conocer esto?
Los gases son el estado más simple de la materia y, por tanto,
las relaciones entre las propiedades microscópicas (átomos y
moléculas) y macroscópicas de una masa gaseosa son
relativamente fáciles de identificar.
Se utiliza a los gases y sus propiedades en una gran variedad
de reacciones químicas.
¿Qué conocimientos previos necesitamos?
Necesitamos estar familiarizados con el SI de unidades y
con el manejo de las relaciones estequiométricas.
Estados de la materia
http://personal.telefonica.terra.es/web/jpc/gases/index.html
Los estados de la materia: sólido
• Los cuerpos tienen un volumen casi
invariable (incompresibilidad) ya que sus
partículas están prácticamente en
contacto, por lo cual no se pueden
aproximar más.
• La forma es invariable, porque sus
partículas están perfectamente ordenadas
ocupando posiciones fijas en estructuras
tridimensionales repetitivas llamadas
cristales. Las partículas no están quietas
en sus posiciones sino que vibran sin
cesar, más intensamente cuanto mayor es
la temperatura.
…el estado sólido
• Según sean las condiciones,
los copos de nieve pueden adoptar
formas como las siguientes:
• Se dilatan y se contraen
al variar la temperatura (Fe)
• No se pueden comprimir.
Las sustancias cristalinas que son solubles en agua vuelven a
cristalizar cuando ésta se evapora. Esto no es un cambio de
estado, sino una cristalización, una forma de obtener
hermosos cristales (sal común).
El estado líquido
• La forma de los líquidos es variable
(adoptan la forma que tiene el recipiente)
porque, por encima de la temperatura de
fusión, las partículas no pueden mantener
las posiciones fijas que tienen en estado
sólido y se mueven desordenadamente.
El estado líquido
• Sin el efecto de la gravedad, la forma natural de los líquidos
es la esférica (la gota). Si un astronauta, en una estación
orbitando la Tierra, lanza un vaso de agua, ésta adopta la
forma de grandes gotas suspendidas en el aire.
• El volumen de los líquidos es prácticamente invariable,
porque las partículas, aunque no forman una estructura fija
como en el caso de los sólidos, se mantienen, como en
ellos, relativamente juntas.
• Los líquidos pueden fluir, ya que sus partículas, al tener
libertad y no ocupar posiciones fijas, pueden desplazarse
por los huecos que aparecen entre ellas, permitiendo el
movimiento de toda la masa líquida. Las partículas del
bloque de hielo no pueden entrar.
El estado gaseoso
• Los movimientos de las partículas
de un líquido se hacen más amplios
y rápidos al calentarlo y aumentar
su temperatura. Por encima de la
temperatura de ebullición, las
partículas pierden el contacto entre
sí y se mueven libremente en todas
direcciones (estado gaseoso).
• Molécula de amoníaco: un átomo de
nitrógeno unido a tres de hidrógeno
El estado gaseoso
• Los gases se difunden hasta ocupar todo el
recipiente que los contiene porque, tienen sus
partículas muy separadas moviéndose
caóticamente en todas direcciones.
• El movimiento de cada partícula no se verá
perturbado mientras no choque con otra
partícula o con las paredes del recipiente. Por
esta razón, los gases acaban ocupando todo el
volumen del recipiente.
• El volumen de los gases es fácilmente
modificable porque se los puede comprimir y
expandir.
• Presionando un gas se disminuye la
separación entre sus partículas, cosa que no
puede ocurrir en los estados sólido y líquido.
• Los gases pueden fluir, por la misma razón que
en el caso de los líquidos. Los líquidos y los
gases reciben por ello el nombre genérico de
fluidos.
El estado de plasma
• Los átomos normalmente están en estado
neutro: la carga positiva del núcleo es igual a
la carga negativa de los electrones.
• La agitación de un gas aumenta cuando
absorbe calor. Si el calor absorbido es
suficiente, los electrones de los átomos son
arrancados y la materia queda ionizada,
diciéndose que está en estado de plasma.
• Es plasma todo gas incandescente formado
por átomos (a veces moléculas) convertidos
en iones positivos y electrones negativos, y
todo en continua agitación. Dentro de ese
gas pueden quedar también algunos átomos
y moléculas sin ionizar (partículas neutras).
• Algunas zonas de las llamas, el gas de los
tubos fluorescentes, el aire que se encuentra
en el recorrido de un rayo.
• La materia que forma las estrellas también
está en estado de plasma.
5to Estado Bose-Einstein
•Se consigue a temperaturas cercanas al cero
absoluto
•Se caracteriza porque los átomos se encuentran
todos en el mismo lugar
Presión barométrica
Presión atmosférica
estándar
1,00 atm
760 mm Hg, 760 torr
101,325 kPa
1,01325 bar
1013,25 mbar
En resumen
CAMBIOS DE ESTADO
sublimación
vaporización
fusión
SÓLIDO
LÍQUIDO
solidificación
GASEOSO
condensación
sublimación
DIAGRAMAS DE FASE:
⇒ polimorfismo
estructural
Estado gaseoso
GAS IDEAL:
“Es el formado por moléculas puntuales
que no están sometidas a fuerzas de
interacción” .
LEYES DE LOS GASES:
• Ley de Boyle (1660):
V = k1.(1/p)  p0.V0 = pf.Vf
• Ley de Charles (1787):
V = k2.T  V0/T0 = Vf/Tf
• Ley de Avogadro ():
V = k3.n ⇒ volumen molar
PRESION DE LOS GASES Y SU
MEDICIÓN.
La presión se define como
fuerza por unidad de área.
Radio= 9,3 mm
P= F/A
Masa = 2,5 g
Cte de gravedad =
9,8 m/s2
F = masa * aceleración
constante de la
gravedad
F=m*a
UNIDADES
DE PRESION
• La unidad SI de presión ,
recibe el nombre de Pascal
(kg/(m*s2)
• milímetros de mercurio
(mm Hg)  torr.
Es una unidad de presión
ejercida por una columna
de mercurio de 1mm de
altura a 0,00ºC
• Atmosfera:
unidad
de
presión = a 760 mm Hg
RELACION PRESION - ALTURA
P= gdh
g= aceleración
constante de
gravedad= 9,81 m/s2
d = densidad del
líquido en el
manómetro.
• Suponga que en un
barómetro se utiliza agua
en lugar de mercurio. Si la
presión barométrica es
760 mm Hg ¿cuál es la
altura de la columna de
agua en el barómetro a
0,00ºC? Las densidades
del agua y del mercurio a
0ºC son 0.99987 g/cm3 y
13,596
g/cm3
,
respectivamente.
• Pagua = PHg
Las leyes de los gases ideales
LEY DE BOYLE
k2
• Ley de Boyle (1662) V =
P
PV = constante (k2)
para n y T constantes
Ley de Charles
Charles (1787)
Gay-Lussac (1802)
VT
V = k3 T
para n y P constantes
Ley de Dalton de las presiones parciales
• Las leyes de los gases se aplican a las mezclas de gases.
• Presión parcial:
–Cada componente de una mezcla de gases ejerce una presión
igual a la que ejercería si estuviese él sólo en el recipiente.
Combinación de las leyes de los gases: ecuación
de los gases ideales
• Ley de Boyle
• Ley de Charles
• Ley de Avogadro
V  1/P
VT
Vn
PV = nRT
nT
V
P
Constante de los gases
PV = nRT
PV
R=
nT
= 0,082057 atm L mol-1 K-1
= 8,3145
8.3145 m3 Pa mol-1 K-1
= 8,3145 J mol-1 K-1
Determinación de la masa molar
PV = nRT
y
m
RT
PV =
M
m RT
M=
PV
n=
m
M
Densidades de los gases
PV = nRT
y
m
m
, n=
d=
M
V
m
RT
PV =
M
m
MP
=d=
V
RT
Presión parcial
Ptot = PA + PB + PC + …
Pi = ni x
RT
V
PT = Pi = n1
RT
V
+ n2
PT = nT
RT
RT
V
V
+ n3
RT
V
+ .... = (n1 + n2 + n3 + ...)
nT = ni
RT
V
= ni RT
V
Pi = ni x
PT = nT
RT
V
Pi
RT
PT
=
ni
nT
= xi
V
ni
Recuerde:
= i
ntot
Para un gas húmedo: PT = Pgas seco + Pvapor de agua
Pi = xi PT
Difusión
Efusión
Efusión y difusión
3RT
u
M
Efusión
Difusión
Gases reales
• Factor de compresibilidad: PV/nRT = 1.
• Se producen desviaciones para los gases reales.
– PV/nRT > 1 – el volumen molecular es significativo.
– PV/nRT < 1 – fuerzas intermoleculares de atracción.
Ley de Avogadro
A una temperatura y presión dadas:
Vn
o
V = k1 · n
En condiciones normales:
1 mol de gas = 22,4 L de gas
FIN
Los 7 sistemas cristalinos
cúbico
hexagonal
monoclínico
ortorrómbico
romboédrico
tetragonal
triclínico