laboratorio de química 11-2: CUARTO PERIODO

MARCO TEÓRICO

LEYES DE LOS GASES

Las primeras leyes de los gases fueron desarrolladas desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presion, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado , se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables constantes.

se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas en base a las experiencias en laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (P), el volumen (V) y la temperatura

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en gas es una sustancia que está en un estado en donde sus moléculas tienen una relación muy débil entre sí. En este sentido se diferencia de un líquido o un sólido, remitiendo estos dos casos a sustancias en donde las moléculas tienen una relación más estrecha. A simple vista, la principal característica de los gases es la incapacidad que existe para tocarlos, circunstancia que se distingue de lo que sucede con los sólidos y los líquidos. Los gases comenzaron a estudiarse hace algunos siglos y en el proceso se fueron estableciendo las leyes que gobiernan su comportamiento en distintos contextos. Hoy en día existe un conocimiento lo suficientemente cabal de los mismos, hecho que habilita su empleo para diversas actividades.

OBJETIVOS :

Ver temas nuevos y entenderlos fácilmente
practicas con algunos ejemplos en la parte inferior
lograr una claridad sobre el tema
aprender las leyes de los gases

CONCEPTOS

La temperatura

La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273 ºC.

Las propiedades características medibles son:

Densidad: masa de un cuerpo por unidad de volumen

Punto de fusión: temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio.

Punto de ebullición: temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido.

Solubilidad: La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, denominándose a estas soluciones sobresaturadas. El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra La sustancia que se disuelve se denomina soluto y la sustancia donde se disuelve el soluto se llama disolvente.

PRESIÓN

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.

La presión de un gas se origina por el choque de sus moléculas con las paredes del recipiente que lo contiene. Cuanto más moléculas choquen mayor será la presión y cuanto más rápido se muevan (que es lo mismo que estar a mayor temperatura), mayor será la presión.

Es la presión que ejerce un líquido en reposo, sobre un cuerpo sumergido dentro de él. Esta presión se origina debido al peso del líquido que actúa sobre el área o superficie del cuerpo. Para deducir una fórmula que permita evaluar la presión de un líquido (PL) sobre un cuerpo sumergido, a una distancia h del nivel superior (altura del fluido).

Volumen

El volumen corresponde a la medida del espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida para medir volumen es el metro cubico (m3), sin embargo generalmente se utiliza el Litro (L).

La temperatura influye sobre el volumen de los sólidos, líquidos y gases.

Si esta aumenta, los sólidos y los líquidos se dilatan ligeramente

Si disminuye, los sólidos y líquidos se contraen

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LEYES DE LOS GASES

Ley de Avogadro:

La Ley de Avogadro es una ley de los gases que relaciona el volumen y la cantidad de gas a presión y temperaturas constantes.

En 1811 Avogadro realiza los siguientes descubrimientos:

A presión y temperatura constantes, la misma cantidad de gas tiene el mismo volumen independientemente del elemento químico que lo forme
El volumen (V) es directamente proporcional a la cantidad de partículas de gas (n)

Por lo tanto: V₁ / n₁ = V₂ / n₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

Si aumenta la cantidad de gas, aumenta el volumen

Si disminuye la cantidad de gas, disminuye el volumen

Ley de Boyle.

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: $PV=k\,$

donde $k\,$ es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

$P_1V_1=P_2V_2\,$

Además se obtiene despejada que:

$P_1=P_2V_2/V_1\,$

$V_1=P_2V_2/P_1\,$

$P_2=P_1V_1/V_2\,$

$V_2=P_1V_1/P_2\,$

Ley de Charles:

La Ley de Charles es una ley de los gases que relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas a presión constante.

En 1787 Charles descubrió que el volumen del gas a presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta (en grados Kelvin): V = k · T (k es una constante).

Por lo tanto: V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

Si la temperatura aumenta el volumen aumenta
Si la temperatura disminuye el volumen disminuye

EJEMPLO

un gas ocupa un volumen de 5,5 litros a una temperatura de -193 ºC. Si la presión permanece constante, calcular a qué temperatura en volumen sería de 7,5 litros.

Solución: ya que relacionamos temperatura con volumen a presión constante, aplicamos la Ley de Charles:V₁ / T₁ = V₂ / T₂, donde:
- T₁ = -193ºC → 273 + (-193) = 80 ºK
- V₁ = 5,5 litros, V₂ = 7,5 litros
Despejamos la incógnita T₂ :

V₁ / T₁ = V₂ / T₂→ T₂ = V₂/ (V₁ / T₁ )
T₂ = 7,5 / (5,5 / 80) = 109,1 ºK

La ley de Gay-Lussac:

La Ley de Gay-Lussac es una ley de los gases que relaciona la presión y la temperatura a volumen constante.

En 1802 Gay-Lussac descubrió que a volumen constante, la presión del gas es directamente proporcional a su temperatura (en grados Kelvin): P = k · T (k es una constante).

Por lo tanto: P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

Si la temperatura aumenta la presión aumenta
Si la temperatura disminuye la presión disminuye

EJEMPLO

un gas ocupa un recipiente de 1,5 litros de volumen constante a 50ºC y 550 mmHg. ¿A qué temperatura en °C llegará el gas si aumenta la presión interna hasta 770 mmHg?