En temas anteriores hemos analizado las estructuras electrónicas de los átomos y como estos se unen para formar moléculas o sustancias iónicas, sin embargo para las distintas ramas de ingeniería es mucho más relevante el conocimiento de esas grandes colecciones de moléculas a las que reconocemos como líquidos, sólidos y gases, puesto que en la vida diaria no se encuentra la materia en una escala atómica. En este tema se hablará específicamente de los gases.
Características de los gases
Existe una gran variedad de compuestos en estado gaseoso que son comúnmente utilizados por los humanos para un sin número de actividades: En, la más importante de todas, la respiración es utilizado el aire que está compuesto aproximadamente por 78% N2, 21%O2 y el resto de otras partículas. En la purificación de agua se emplea el cloro gaseoso, el propano y otros gases como combustibles etc. Todos estos gases poseen propiedades, químicamente hablando, muy distintas; sin embargo tienen algo en común, las moléculas de un compuesto gaseoso están relativamente alejadas una de las otras por lo que los gases tienen un comportamiento similar a pesar de que distintas moléculas los compongan.
Lo anteriormente expuesto explica el porque los gases difieren significativamente de los líquidos y sólidos. En este punto haremos referencia a las peculiares propiedades físicas de los gases.
Por ejemplo, un gas se expande espontáneamente hasta llenar su recipiente. En consecuencia, el volumen de un gas es el volumen del recipiente en el que se guarda. Los gases también son muy compresibles: cuando se aplica presión a un gas, su volumen disminuye fácilmente. Adicionalmente los gases forman mezclas homogéneas sin importar las proporciones de los componentes o la naturaleza de estos. Ejemplo de ello ocurre en la mezcla de agua y gasolina, estos líquidos no se mezclan homogéneamente, sin embargo sus vapores si lo hacen.
Fíjese que se habló de vapores de agua y gasolina y no de gases de agua y gasolina. Eso es porque el término vapor se aplica al estado gaseoso de compuestos que a condiciones normales (25ºC, 1atm) se encuentran en estado sólido o líquido; pero sin embargo sus propiedades físicas no son diferentes a la de los gases pro lo cual tienden a confundirlos.
Características de los gases
Existe una gran variedad de compuestos en estado gaseoso que son comúnmente utilizados por los humanos para un sin número de actividades: En, la más importante de todas, la respiración es utilizado el aire que está compuesto aproximadamente por 78% N2, 21%O2 y el resto de otras partículas. En la purificación de agua se emplea el cloro gaseoso, el propano y otros gases como combustibles etc. Todos estos gases poseen propiedades, químicamente hablando, muy distintas; sin embargo tienen algo en común, las moléculas de un compuesto gaseoso están relativamente alejadas una de las otras por lo que los gases tienen un comportamiento similar a pesar de que distintas moléculas los compongan.
Lo anteriormente expuesto explica el porque los gases difieren significativamente de los líquidos y sólidos. En este punto haremos referencia a las peculiares propiedades físicas de los gases.
Por ejemplo, un gas se expande espontáneamente hasta llenar su recipiente. En consecuencia, el volumen de un gas es el volumen del recipiente en el que se guarda. Los gases también son muy compresibles: cuando se aplica presión a un gas, su volumen disminuye fácilmente. Adicionalmente los gases forman mezclas homogéneas sin importar las proporciones de los componentes o la naturaleza de estos. Ejemplo de ello ocurre en la mezcla de agua y gasolina, estos líquidos no se mezclan homogéneamente, sin embargo sus vapores si lo hacen.
Fíjese que se habló de vapores de agua y gasolina y no de gases de agua y gasolina. Eso es porque el término vapor se aplica al estado gaseoso de compuestos que a condiciones normales (25ºC, 1atm) se encuentran en estado sólido o líquido; pero sin embargo sus propiedades físicas no son diferentes a la de los gases pro lo cual tienden a confundirlos.
Presión:
Entre las propiedades más fáciles de medir e importante de los gases es la presión.
La presión se define como la fuerza que ejerce una sustancia en un área determinada. Por ejemplo, el gas de un globo inflado ejerce una presión sobre la superficie interna del globo.
La presión se define como la fuerza que ejerce una sustancia en un área determinada. Por ejemplo, el gas de un globo inflado ejerce una presión sobre la superficie interna del globo.
Teoría cinético-molecular
1.- Los gases están formados por corpúsculos muy pequeños por lo que, aun en pequeños volúmenes gaseosos se encuentran en un enorme número de ellos.
2.- El volumen de los corpúsculos es despreciable comparado al volumen del recipiente que contiene al gas, lo cual aunado a una muy baja fuerza de atracción entre ellos, permiten que los gases sean tan expansibles.
3.- Los corpúsculos se encuentran en constante movimiento lo que produce choques entre sí y con las paredes del recipiente, los cuales son elásticos, es decir que no hay pérdida de energía cinética al llevarse a cabo. Esta innumerable cantidad de impactos explica el efecto observable de la presión del gas.
4.- La temperatura absoluta de un gas constituye una medida de la energía cinética media de los corpúsculos del gas en su movimiento de agitación desordenada.
Los gases que poseen estás características, son llamados gases ideales.
1.- Los gases están formados por corpúsculos muy pequeños por lo que, aun en pequeños volúmenes gaseosos se encuentran en un enorme número de ellos.
2.- El volumen de los corpúsculos es despreciable comparado al volumen del recipiente que contiene al gas, lo cual aunado a una muy baja fuerza de atracción entre ellos, permiten que los gases sean tan expansibles.
3.- Los corpúsculos se encuentran en constante movimiento lo que produce choques entre sí y con las paredes del recipiente, los cuales son elásticos, es decir que no hay pérdida de energía cinética al llevarse a cabo. Esta innumerable cantidad de impactos explica el efecto observable de la presión del gas.
4.- La temperatura absoluta de un gas constituye una medida de la energía cinética media de los corpúsculos del gas en su movimiento de agitación desordenada.
Los gases que poseen estás características, son llamados gases ideales.
Leyes de los gases ideales:
Experimentos realizados con los gases revelan que se necesitan cuatro variables para definir la condición física de un gas: temperatura, presión, volumen y la cantidad de gas, lo que generalmente se puede expresa como número de moles. Las ecuaciones que expresan las relaciones entre estas cuatro variables se conocen como leyes de los gases.
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/ley_charles.html
Desviación de la idealidad.- Ecuación de los gases reales
Se le llama gases reales a aquellos gases que no poseen las características descritas por la teoría cinético-molecular.
Los gases reales se apartan de la idealidad, expresada por la teoría cinético-molecular, principalmente en:
1. - Un gas esta formado por corpúsculos.. Los gases están formados por moléculas, las cuales a su vez están formadas por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas.
2.- El volumen de los corpúsculos es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas y son extremadamente pequeñas, las mismas ocupan un cierto volumen producto de la disposición espacial de los átomos que conforman a la molécula, por lo tanto el volumen disponible para que las moléculas de gas se desplacen, no es la totalidad del volumen del recipiente que los contiene.
3.- No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas; sin embargo las fuerzas moleculares se hacen significativas a medida que el tamaño de las moléculas se incrementa o a medida que la distancia entre ellas se hace cada vez menor, por ejemplo, al comprimir el gas.
La ecuación de Van der Waals modifica la ecuación del gas ideal, tomando en cuenta estos aspectos, de dos maneras:
1. Dado que las moléculas deben tener algún volumen, el volumen disponible a las moléculas no es la totalidad de V. El volumen libre disponible debe de ser V’=V-Nb. (b es una medida el volumen molecular).
2. Las moléculas deben ejercer fuerzas atractivas entre ellas si la sustancia va a tener alguna cohesión. Estas fuerzas contribuyen a la presión con un término negativo, y la contribución más grande será la debida a interacciones binarias, las cuales son proporcionales al cuadrado de la densidad.
La forma de la ecuación de estado de Van der Waals es la siguiente:
Se le llama gases reales a aquellos gases que no poseen las características descritas por la teoría cinético-molecular.
Los gases reales se apartan de la idealidad, expresada por la teoría cinético-molecular, principalmente en:
1. - Un gas esta formado por corpúsculos.. Los gases están formados por moléculas, las cuales a su vez están formadas por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas.
2.- El volumen de los corpúsculos es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas y son extremadamente pequeñas, las mismas ocupan un cierto volumen producto de la disposición espacial de los átomos que conforman a la molécula, por lo tanto el volumen disponible para que las moléculas de gas se desplacen, no es la totalidad del volumen del recipiente que los contiene.
3.- No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas; sin embargo las fuerzas moleculares se hacen significativas a medida que el tamaño de las moléculas se incrementa o a medida que la distancia entre ellas se hace cada vez menor, por ejemplo, al comprimir el gas.
La ecuación de Van der Waals modifica la ecuación del gas ideal, tomando en cuenta estos aspectos, de dos maneras:
1. Dado que las moléculas deben tener algún volumen, el volumen disponible a las moléculas no es la totalidad de V. El volumen libre disponible debe de ser V’=V-Nb. (b es una medida el volumen molecular).
2. Las moléculas deben ejercer fuerzas atractivas entre ellas si la sustancia va a tener alguna cohesión. Estas fuerzas contribuyen a la presión con un término negativo, y la contribución más grande será la debida a interacciones binarias, las cuales son proporcionales al cuadrado de la densidad.
La forma de la ecuación de estado de Van der Waals es la siguiente:
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