teoria cinetica de GASESTEORIA CINETICA DE GASES E.A.P DE INGENIERIA DE MINAS CURSO: FISICA II DOCENTE: Mg. Almílcar Pérez Zelada INTEGRANTES: MACHUCA OCAS, Alicia MEDINA BUENO, Rigoberto VASQUEZ QULICHE, David VASQUEZ ZELADA, Hector CAJAMARCA, DICIEMBRE DEL 2014 TEORIA CINETICA DE GASES DEDICATORIA La presente monografía, va dedicado principalmente a Dios, por darnos la vida, a nuestros padres por estar con nosotros en todo momento, a nuestro maestro por las constantes enseñanzas que cada día nos transmite. ÍNDICE INDICE………………………………………………………………………………………………………………………….2 pág. 1 ...7 2.TEORIA CINETICA DE GASES INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………………....………………………………………………………………………10 6...…25 i) VELOCIDAD DE DIFUSIÓN DE LOS GASES……………………………………………...12 b) LEY DE CHARLES Y GAY LUSSAC………………………………………………………………..17 ii) LEY DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES………………………………………………18 c) LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES DE DALTON………………………………………............... PROPIEDADES DE LOS GASES…………………………………………. 3 ANTECEDENTES…………………………………………………………………………………………………………… 4 PROBLEMA………………………………………………………………………….....…………………………………………………………………………………9 5... MEDIDA EN GASES…….28 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………………….. 5 OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………………....... ……………………………… 5 HIPÓTESIS………………………………………………………………………………………………………………….... COMPORTAMIENTO DE LOS GASES……………………………………………………….......27 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………….... 5 JUSTIFICACIÓN AL PROBLEMA…………………………………………………....8 4.....………………………….7 3.. 2 ..........15 i) LEY DE AVOGADRO……………………………………………………………………………............. DEFINICIÓN……………………………………………….......…………………………...23 d) LEY DE DIFUSIÓN DE GRAHAM………………………………………………………………......... LEYES DE LOS GASES……………………………………………………………………………………11 a) LEY DE BOYLE…………………………………………………………………………………………........ 6 MARCO TEÓRICO TEORÍA SOBRE GASES 1... GASES IDEALES….………..........29 INTRODUCCIÓN pág... La formulación de la TE que hemos estudiado surge a principios del siglo XX con los trabajos de Gibbs y es por tanto posterior. es decir. en este capítulo nos centraremos en las propiedades mecánicas (especialmente colisiones) y en su dependencia con la velocidad molecular. Los conceptos centrales de la termodinámica son: la entropía S. la temperatura T y el calor Q.TEORIA CINETICA DE GASES Las moléculas de los gases están dotadas de velocidad de traslación considerable para un mismo gas. donde las energías de interacción intermoleculares suelen ser pequeñas. Mientras la temperatura es un concepto familiar a todos y el calor. Puesto que la TCG surge para explicar las propiedades de los gases. de lo que resulta una fuerza contra las paredes del recipiente que lo contiene y que es causa de la presión de los gases La TCG tiene sus raíces en los trabajos de Bernouille llevados a cabo alrededor de 1738 y fue desarrollada por Maxwell. Sin embargo. la entropía se considera como la “oveja negra” entre los conceptos físicos: • En libros de texto a nivel de secundaria. • En libros de texto introductorios a la Física. • Aun los especialistas en el campo la evitan gustosamente. en sus velocidades y en cómo éstas determinan las propiedades del gas. ANTECEDENTES pág. las propiedades termodinámicas. desde la TE. Puesto que ya hemos analizado. Clausius y Boltzmann entre los años 1858 y 1868. se le suprime por completo. esta velocidad que depende solamente de la temperatura. es aceptablemente entendido. los conocimientos que ya hemos adquirido de TE nos van a permitir hacer una presentación de la TCG más sencilla y directa que la que se ciñe al desarrollo histórico. En sus movimientos desordenados chocan unas contra otras. 3 . repeliéndose constantemente. a menudo. en términos generales. se centra en las propiedades cinéticas de las moléculas o átomos que los forman. casi siempre. solo se le suele “mencionar”. el químico Jan Baptist van Helmont. que todavía se utilizan hoy en día. en parte debido a que la conservación de la energía todavía no se había establecido y a que los físicos no sabían cómo las colisiones entre moléculas podrían ser perfectamente elásticas. pero también se encuentran compuestos de átomos y moléculas. el gas también puede transformarse (en líquido) si se somete a temperaturas muy bajas. a partir del término griego kaos (desorden) para definir las características del anhídrido carbónico. Al igual que ocurre con los otros dos estados de la materia. La principal característica de los gases respecto de los sólidos y los líquidos. considerado el padre de la química neumática. 4 . que su impacto en una superficie causa la presión del gas que sentimos. y se utiliza para designar uno de los estados de la materia. muy separadas unas de otras y con movimientos aleatorios entre sí. cuando las ideas aristotélicas eran las dominantes. de que los gases se componen de un gran número de moléculas que se mueven en todas las direcciones. PROBLEMA pág.C. creó el vocablo gas. también llamados fluidos elásticos.1 Este punto de vista atomista epicúreo fue raramente considerado en siglos posteriores. con una o más de las variables mantenidas constantes. sentando las bases de la teoría cinética de los gases y planteando los argumentos. y que lo que se experimenta en forma de calor es simplemente la energía cinética de su movimiento.. Esta denominación se extendió luego a todos los cuerpos gaseosos. es que no pueden verse ni tocarse. A este proceso se le denomina condensación en el caso de los vapores y licuefacción en el caso de los gases perfectos. fluidos compresibles o aires. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal.2 :36– En 1648. estaban compuestas a pequeña escala de átomos que se movían rápidamente despidiéndose unos de otros. En 1738 Daniel Bernoulli publicó la obra Hydrodynamica. aparentemente estáticos.TEORIA CINETICA DE GASES Aproximadamente en el 50 a. el filósofo romano Lucretius propuso que los cuerpos macroscópicos. La causa de la naturaleza del gas se encuentra en sus moléculas. La teoría no fue aceptada de inmediato. que una ráfaga de viento reconstituya los fragmentos dispersos del vaso? OBJETIVOS pág. se llama energía. HIPÓTESIS El mundo en el cuál vivimos ¿se dirige hacia el orden o el desorden y el caos? Producido por ciertas sustancias que existen en la naturaleza. pero no creada o destruida.TEORIA CINETICA DE GASES El mundo en el cuál vivimos ¿se dirige hacia el orden o el desorden y el caos? En las investigaciones relacionada con el calor (en el área llamada “Termodinámica”). el más conocido. como la "capacidad de efectuar trabajo". dichos temas son de vital importancia para el desarrollo de capítulos en física. y esta ley establece que la cantidad de energía en el universo es constante. JUSTIFICACIÓN AL PROBLEMA El siguiente trabajo se ha realizado con la finalidad de dar a conocer las leyes básicas de los gases ideales. aplicaciones y diversos conceptos relacionados con ellos. 5 . los científicos desarrollaron dos conceptos importantes relacionados con la pregunta planteada más arriba. puede ser transformada. es decir consumir materia rica en energía (caloría = energía). ¿no significaría ello que existirá siempre? ¿Por qué entonces hay que preocuparse y economizar energía? ¿Es posible que se produzca una situación al revés. Para que el cuerpo del hombre pueda funcionar. El calor es una forma de energía. ha sido la formulación de "la primera ley de la Termodinámica". El primer concepto. como la termodinámica y sus leyes. cuyo estudio es de suma importancia para los estudiantes de los diferentes campos de ingeniería. ¿por qué existe en el mundo una crisis de energía? Si la cantidad de energía es constante. Puede definirse a ésta. así como los conceptos de entropía. El principal pronunciamiento de los investigadores en relación al calor. el hombre debe comer. de los Fenómenos y procesos en el campo de la Ingeniería Química. Como estudiantes de ingeniería es fundamental conocer las aplicaciones rigurosas del primer y segundo principio de termodinámico. MARCO TEÓRICO pág. Aplicar y conocer los fundamentos de los gases y la entropía necesarios para el enfoque de la asignatura física II.TEORIA CINETICA DE GASES El estudio de los gases y la entropía es importante para la evaluación de energía y el sentido de evolución natural. 6 . ya que en el campo de ingeniería nos es de mucho interés. Relacionar los vínculos de esta monografía que desarrollamos en la asignatura de física II con la vida real. Los gases se caracterizan: a) Por carecer de forma y volumen propio. que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las pág. debido a su fluidez. DEFINICIÓN La definición de un gas puede ser muy simple y reducirse solo a decir: "Un gas es una sustancia cuyo volumen es igual al volumen del recipiente que lo contiene". Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras. es decir su volumen puede disminuir cuando se ejerce una fuerza sobre ellos. por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras. En sus movimientos desordenados chocan unas contra otras. Los gases no tienen forma definida. El estado gaseoso es un estado disperso de la materia. de lo que resulta una fuerza contra las paredes del recipiente que lo contiene y que es causa de la presión de los gases. d) Son expansibles porque tienden a ocupar un volumen cada vez mayor. c) Son elásticos porque recuperan su volumen cuando cesa la fuerza que los ha comprimido. 7 . esta velocidad que depende solamente de la temperatura. repeliéndose constantemente.TEORIA CINETICA DE GASES TEORÍA SOBRE GASES 1. los gases se expanden hasta ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene. COMPORTAMIENTO DE LOS GASES Las moléculas de los gases están dotadas de velocidad de traslación considerable para un mismo gas. adoptando la de los recipientes que las contiene. b) Son comprensibles. 2. o Esto es cierto. Pueden comprimirse fácilmente. debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras. es decir. 4. los gases se esparcen en forma espontánea. de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 3. Difusión Es el proceso por el cual un gas se mezcla con otro debido únicamente al movimiento de sus moléculas. que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P). debido a la presión aplicada Resistencia Es la propiedad de los gases de oponerse al movimiento de los cuerpos por el aire. Compresión La compresión es la disminución del volumen de un gas porque sus moléculas se acercan entre sí. Al existir espacios intermoleculares. la temperatura (T) y de la cantidad o número de moles ( n). Esto se debe a una fuerza llamada fuerza roce. Se dejan comprimir fácilmente. Se difunden fácilmente. PROPIEDADES DE LOS GASES: Fluidez Es la propiedad que tiene un gas para ocupar todo el espacio debido a que. 3. Las propiedades de la materia en estado gaseoso son: 1. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas. 8 . MEDIDAS EN GASES pág. Recipientes de gas. Un gas. Se dilatan. no posee fuerzas de unión entre las moléculas que lo conforman. la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada. se expande o se comprime.TEORIA CINETICA DE GASES moléculas. al cambiar de recipiente. cuando aplicamos una presión. Resuelta entonces. las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen. 2. A mayor tamaño y velocidad del cuerpo mayor es la resistencia. prácticamente. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. .013 bar = 1. Presión: Barométrica (atmosférica) Manométrica: presión de un gas en un sistema cerrado pág.013.Un gas queda definido por cuatro TEORIA variables: CINETICA DE GASES Cantidad de sustancia : moles Volumen lit. K Unidades: 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1.105 Pa K = ºC + 273 1lit = 1dm3 Pa = N/m2 (Unidad del SI) La presión se transmite uniformemente en todas las direcciones. Pa. 9 . mm Hg o torr. bar Temperatura ºC. m3. cm3 Presión atm. ¿Qué es un gas ideal? Un gas ideal es un gas teórico compuesto de un conjunto de partículas puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí. que permiten describir con mayor facilidad el comportamiento de los gases reales. Un gas ideal es un gas cuyas moléculas son bolas esféricas. la ley de Charles. Los gases ideales son aproximaciones a los gases reales. que relaciona la presión con la temperatura para gases con volumen constante y mismo número de moles. una ecuación de estado simplificada. por ello no permiten describir con exactitud todos los gases. que relaciona el volumen con la temperatura para gases a presión constante y mismo número de moles. volumen y número de moles. Por esto se suele ajustar mejor a los gases monoatómicos que son los que más coinciden con las características del gas ideal. El concepto de gas ideal es útil porque el mismo se comporta según la ley de los gases ideales.TEORIA CINETICA DE GASES 4. Ley de los gases ideales La ley de los gases ideales es una ecuación que relaciona la temperatura. Estas son la ley de Boyle-Mariotte. sin fuerzas de repulsión y atracción entre ellas que poseen unos choques perfectamente elásticos (un choque elástico es aquel en él se cumple el principio de conservación del momento lineal del sistema). la ley de Gay. el volumen y el número de moles de un gas que es ideal. y la ley de Avogadro que relaciona el pág. Si bien actualmente la ley de los gases ideales ha sido sustituida por la ecuación de estado para gases reales desarrollada por Johannes van der Waals (foto). la presión. ganador del premio Nobel de Física en 1910.Lussac. temperatura. Esta ley se puede considerar un resultado producido a partir de cuatro leyes. que relaciona la presión con el volumen para gases con una temperatura constante y que posean el mismo número de moles. 10 . y que puede ser analizada mediante la mecánica estadística. GASES IDEALES Los gases ideales son un tipo de gases especiales usados por la química para describir el comportamiento de los gases en función de su presión. n el número de moles. 5. La ley de los gases ideales. sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). R la constante universal de los gases ideales y T la temperatura. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. es: Donde P es la presión del gas. LEYES DE LOS GASES IDEALES La 'ley de los gases ideales es la [ecuación de estado] del [gas ideal]. enunciada por primera vez por Émile Clapeyron. Las leyes que rigen esta transformación son: pág. un gas hipotético formado por partículas puntuales. La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal.TEORIA CINETICA DE GASES volumen con el número de moles para gases que se encuentren a temperatura y presión constantes. V el volumen. 11 . a temperatura constante. La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente. Los resultados de estas aportaciones fueron recogidos en sus Nuevos experimentos físicomecánicos acerca de la elasticidad del aire y sus efectos (1660). 1691) Químico inglés. En la segunda edición de esta obra (1662) expuso la famosa propiedad de los gases conocida con el nombre de ley de Boyle-Mariotte. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle. que establece que el volumen ocupado por un gas (hoy se sabe que esta ley se cumple únicamente aceptando un teórico comportamiento ideal del gas). actual Irlanda. los razonamientos de Robert Boyle sobre el comportamiento de la materia a nivel corpuscular fueron los precursores de la moderna teoría de los elementos químicos. Robert Boyle estudió en los mejores colegios ingleses y europeos. respiración y transmisión del sonido.TEORIA CINETICA DE GASES LEY DE BOYLE Biografía Lisemore. así como el papel que éste desempeña en los procesos de combustión. 1627-Londres. es inversamente proporcional a su presión. Fue también uno de los miembros fundadores de la Royal Society de Londres. Pionero de la experimentación en el campo de la química. con cuya colaboración contó en la realización de una serie de experimentos que establecieron las características físicas del aire. Ley de Boyle Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. pág. De 1656 a 1668 trabajó en la Universidad de Oxford como asistente de Robert Hooke. 12 . pero no publicó sus trabajos hasta 1676. nacido en Irlanda. en particular en lo que respecta a las propiedades de los gases. cuando la temperatura es constante. Robert Boyle Nacido en el seno de una familia de la nobleza. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte. las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas.TEORIA CINETICA DE GASES Al aumentar el volumen.2 atm. atmósferas) V = Volumen de la botella (litros) 1. También sirve para calcular el consumo instantáneo en una determinada profundidad y así saber el tiempo de inmersión que nos proporciona una botella. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mm Hg. 13 . ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1. APLICACIONES Sirve para calcular la capacidad de una botella de aire comprimido y de esa forma saber que equipo nos hará falta. Si la temperatura no cambia? pág. K = Pc x V K = Capacidad de aire de una botella (litros) Pc = Presión de carga de la botella ( bar. Kg/cm2. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. podemos utilizar la ley combinada de los gases ideales. Como el volumen y P1 P2 aplicar la ley de T1 T2 la masa permanecen constantes en el proceso. Por ejemplo atmósferas. podemos aplicar la ley de Boyle: P1. vendrá expresada igualmente en mm Hg. To T1 pág. V2 65.2atm V2 . 298K 398K 3.1mm Hg. la que calculemos.V1 = P2.. Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg cuando la temperatura es de 25ºC. sustituyendo en la ecuación de Boyle: 750 mmHg 80 cm 3 1.Un gas ocupa un volumen de 2 l en condiciones normales. P2 790mm Hg . Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200ºC. pues la masa permanece constante: P0 .V2 Tenemos que decidir qué unidad de presión vamos a utilizar.Vo P1V1 . podemos Gay-Lussac: La presión la podemos expresar en mm Hg y. 14 La temperatura obligatoriamente debe ponerse en K .8cm 3 760 mmHg / atm Se puede resolver igualmente con mm de Hg.TEORIA CINETICA DE GASES Como la temperatura y la masa permanecen constantes en el proceso. ¿Qué volumen ocupará esa misma masa de gas a 2 atm y 50ºC? Como partimos de un estado inicial de presión. pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin. 2. P2 1055. para llegar a un estado final en el que queremos conocer el volumen. volumen y temperatura. Como 1 atm = 760 mm Hg. 25 g/l. como medio más eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo. nació en Beaugency (Loiret) el 2 de noviembre de 1746 y falleció en París el 7 de abril de 1823.25g .V1 m 1.-Un mol de gas ocupa 25 l y su densidad es 1.18 l 273K 373K 2atm.25g / l. experiencia que supuso la locura por la aeronáutica que se desató en la época. podemos calcular su densidad: 2 m 31. Calcula la densidad del gas en condiciones normales. a una temperatura y presión determinadas.273K 4. 15 . En 1783 construyó los primeros globos de hidrógeno y subió él mismo hasta una altura de unos 2 km.4 litros en c. químico. físico y aeronauta francés. Esto significaba que a una temperatura de -275 °C el pág..4l LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC BIBLIOGRAFÍA Jacques Alexandre César Charles. Su descubrimiento más importante fue en realidad un redescubrimiento ya que en 1787 retomó un trabajo anterior de Montons y demostró que los gases se expandían de la misma manera al someterlos a un mismo incremento de temperatura.40 g / l V2 22 . calculamos la masa del mol: m 1 . Al tener noticias de las experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerostático propuso la utilización del hidrógeno.V1 1atm.25 l 31. El paso que avanzó Charles fue que midió con más o menos exactitud el grado de expansión observó que por cada grado centígrado de aumento de la temperatura el volumen del gas aumentaba 1/275 del que tenía a 0°C .373K .2l 2atm.25 g 1. que era el gas más ligero que se conocía entonces.2l. V1 1. Como hemos calculado la masa que tienen un mol y sabemos que un mol de cualquier gas ocupa 22. V1 .TEORIA CINETICA DE GASES 1atm.n. Conociendo el volumen que ocupa 1 mol del gas y su densidad. Charles no público sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac publicó sus observaciones sobre la relación entre el volumen y la temperatura cuando se mantiene constante la presión por lo que a la ley de Charles también se le llama a veces ley de Charles y GayLussac. Ley de Charles y Gay-Lussac (1ª) El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a presión y cantidad de materia constantes). 16 . Dos generaciones más tarde Kelvin fijó estas ideas desarrollando la escala absoluta de temperaturas y definiendo el concepto de cero absoluto. V α T (a n y P ctes) Transformación isobárica V = k.TEORIA CINETICA DE GASES volumen de un gas sería nulo (según dicha ley) y que no podía alcanzarse una temperatura más baja.T pág. Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isobaro e isotermo). P a T (a n y V ctes) Transformación isocora P = k. el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente.TEORIA CINETICA DE GASES Ley de Charles y Gay-Lussac (2ª) La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a volumen y cantidad de materia constantes). de tal modo que: pág. Charles y Gay-Lussac. Ley de Avogadro Hipótesis de Avogadro: ¨Volúmenes iguales de gases a la misma presión y temperatura contienen igual número de moléculas¨ Ley de Avogadro: ¨El volumen de un gas a temperatura y presión constantes es proporcional al número de moles (n) del gas¨ la Ley de Avogadro fue expuesta por Amedeo Avogadro en 1811 y complementaba a las de Boyle.T i. 17 . 13 L ¿Cuántos moles habría en una muestra de gas cuyo volumen es de 7. establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. oxígeno.).47 L a la misma presión y temperatura? n1= 0.222 mol de un gas ocupa un volumen de 5.323 mol // V1 pág. 18 5.13 L n2 = ? v2= 7.47 L n2= n1 V2 n2= 0. El valor de este número.TEORIA CINETICA DE GASES Esta ley.47 L = 0. La cantidad de gas la medimos en moles. el volumen crece. que mediante reacciones químicas se pueden separar en dos átomos. descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX. nitrógeno.13 L .0122212 × 1023 y es también el número de moléculas que contiene una molécula gramo o mol Avogadro señaló que las moléculas de la mayoría de los gases elementales más habituales eran diatómicas (hidrógeno. Ejemplo: Si 0.875 mol v1= 5. Al aumentar el número de moléculas de un gas a presión y temperatura constantes. es decir. etc. cloro.222 mol 7. llamado número de Avogadro es aproximadamente 6. Pero. tenemos como reactivos 12 átomos de hidrógeno y 12 átomos de oxígeno Si obtenemos dos volúmenes de agua (12 moléculas). con las que llegamos a la ley de Boyle y a la de GayLussac. De acuerdo con la ley de Avogadro. cada molécula de agua debe tener de fórmula H2O Con las dos experiencias anteriores. que nos servirá de comprobación. 19 . viendo como aumenta de volumen. La molécula de oxígeno tiene que estar formada al menos por dos átomos. manteniendo la presión del gas constante. ya podemos expresar la LEY de los GASES. Para conseguir que la presión sea constante. iremos aumentando la temperatura del mismo y.TEORIA CINETICA DE GASES Síntesis del Agua Experimentalmente se comprueba que dos volúmenes de hidrógeno reaccionan con un volumen de oxígeno para dar dos volúmenes de agua. sólo debemos meter el gas en un recipiente con émbolo y dejar éste libre. Los valores obtenidos están en la siguiente tabla. Se trata pues de a P=cte. vamos a planear otra experiencia. ver cómo V depende de T (temperatura absoluta del gas). y en la que llegaremos a otra ley: la ley de Charles. para que por lo menos uno de ellos entre a formar parte de cada molécula de agua. Para ello. pág. Si suponemos que en un volumen de gas hay seis moléculas. la reacción de síntesis del agua necesitaría que dos moléculas de hidrógeno reaccionaran con una molécula de oxígeno para obtener dos moléculas de agua. Como vemos es una relación lineal. La presión en el interior será siempre igual a la presión en el exterior (presión atmosférica). sus moléculas se moverán según las consideraciones de la teoría cinética molecular. las cuales se pueden expresar en función al número de moles (n).1ª Experiencia: A t=constante y nº de partículas del gas=constante. Si un gas es introducido en un recipiente cerrado. Suponiendo que un determinado número de moléculas. que es dependiente del número de choques. la temperatura. Ley de Gay Lussac Es decir. 2ª Experiencia: A V= constante y nº de partículas del gas constante. Todo esto para un nº de partículas pág. la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas e inversamente proporcional al volumen del recipiente. La presión. o ii. se llevan a un recipiente cerrado de volumen (V) y a una temperatura kelvin (T). las moléculas se moverán chocando contra las paredes del recipiente ejerciendo una fuerza F que al expresarse con relación al área S de la pared determinará una presión (P). LEY DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES . con una velocidad que aumentará con la temperatura. Ley de Boyle.TEORIA CINETICA DE GASES A presión constante. el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta. . y el volumen de una muestra de gas son sus variables de estado. 20 . 21 . las gráficas son hipérbolas. conocidas unas condiciones de presión de volumen y de temperatura. es decir para una determinada cantidad de gas.TEORIA CINETICA DE GASES del gas constante. Esto último podemos expresarlo así: O lo que es lo mismo O también es lo mismo Para un nº de partículas de cualquier gas. Esta LEY DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES. Como vemos.) En la siguiente gráfica representamos P en atm frente a V en L.. es decir. para cada valor de temperatura absoluta T. nos permitirá.. Esta ley ha resultado ser: pág. Hasta ahora. respondiendo a la Ley de Boyle. el producto PRESIÓN por VOLUMEN partido por la TEMPERATURA absoluta del gas es una CONSTANTE. hemos llegado a la ley de los GASES IDEALES para una determinada cantidad de gas. para cada valor de T. para un determinado nº de partículas. pasar a otras determinadas (es decir de la condición 1 a la 2 o a la 3. TEORIA CINETICA DE GASES El nº de moles de un gas. y T=constante. Conocido el valor de R llamada CONSTANTE DE LOS GASES IDEALES.4 L. la constante R valdrá substituyendo valores para las CONDICIONES NORMALES ( P = 1 atm . pág. lo llamaremos n. es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si sólo uno ocupase todo el volumen de la mezcla. es un nº enorme: NA = 600000000000000000000000 átomos/mol Es la unidad de cantidad de sustancia química. sin variar la temperatura. la ecuación de estos gases para cualquier cantidad de gas será: Como vemos. si 1 mol de gas en condiciones normales ocupa un volumen de 22. esta será la Ecuación de estado del gas ideal haciendo intervenir el nº de partículas.0000 gramos de dicho elemento.R 2731. la presión de un gas depende linealmente del nº de partículas del mismo.R. Establece que la presión de una mezcla de gases. será igual a k = n.4 de donde R = 0. siendo R la constante de los gases ideales. Este nº de átomos resulta ser el Nº de AVOGADRO (o constante de AVOGADRO) y. T = 273 K y n=1mol) el valor de R será:1.mol. siendo K3 =RT/V. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.4 litros. NOTA: Definición de mol: Un mol es la cantidad de átomos de 12C que se encuentran en 12.L/K. que no reaccionan químicamente. V = 22. químico y matemático británico John Dalton. así la constante de la ecuación de los gases k.22. que si V=constante. podemos ahora ver. 22 . ya que P = K3.n. Para determinarla. LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES DE DALTON La ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton) fue formulada en el año 1801 por el físico.082 atm. En la 3ª Experiencia que planeamos inicialmente. el caso más ideal es con gases nobles. Se asume que los gases no tienen reacciones químicas entre ellos. Concepto mediante gases ideales Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y del comportamiento de las mezclas gaseosas. Donde la expresión: en unidades de ppm. Por ejemplo si se colocan tres gases distintos en un recipiente de determinado volumen (V). pág. se puede considerar que cada uno de estos gases ocupara todo el volumen del recipiente. conformara el volumen del recipiente y tendrán la misma temperatura. La relación matemática así obtenida es una forma de poder determinar analíticamente el volumen basado en la concentración de cualquier gas individualmente en la mezcla.TEORIA CINETICA DE GASES Definición formal Se puede hacer una definición de la teoría mediante la aplicación de matemáticas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases son una mezcla y que actuaban de una manera mutuamente independiente. donde es la fracción molar del i-ésimo componente de la mezcla total de los m componentes. es la concentración del i-ésimo componente de la mezcla expresado La ley de las presiones parciales de Dalton se expresa básicamente con el siguiente enunciado: La presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes. 23 . es decir. la presión de una mezcla de gases puede expresarse como una suma de presiones mediante: o igual Donde representan la presión parcial de cada componente en la mezcla. Así la presión parcial (Pc) para un componente consiste en nc moles a la temperatura T en el volumen V. el número de moles de la siguiente ecuación: pág. 24 total se puede obtener . Dado que cada componente tiene el mismo volumen y la misma temperatura. siendo R la constante universal de los gases ideales. Las presiones parciales se calculan aplicando la ley de los gases ideales a cada componente. la diferencia de las presiones que ejercen los tres distintos gases se deberán a los distintos números de moles. si se conoce el número de moles de cada uno de los gases que se encuentran en la mezcla encerrada en un volumen determinado y a una temperatura dada. Así pues: Siendo la constante de los gases ideales. .TEORIA CINETICA DE GASES Si estudiáramos cada uno de estos gases en formas separadas. . el volumen y el número de moles del componente i de la mezcla. Se establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales. para una mezcla. El número de moles de un componente de la mezcla se define como el cociente entre la masa. la contribución a la presión de cada componente esta directamente relacionada con el número de moles del componente y de los choques que tienen las moléculas con las paredes del recipiente. está dada por la expresión: Se puede calcular la presión parcial de cada componente. de dicho componente y su masa molecular. En general. Entonces la presión que ejerce un componente determinado de una mezcla de gases se llama presión parcial del componente. la temperatura. la presión total que ejerza la mezcla será el resultado de todas las partículas. Debido a que las partículas de cada gas componente se conducen de una forma diferente. en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. i) Velocidad de difusión de los gases De los 4 estados de la materia. por lo que hará que se muevan hacia las regiones de menor número: las sustancias se efunden de una región de mayor concentración a una región de menor concentración. Efusión es el flujo de partículas de gas a través de orificios estrechos o poros. como ocurre en el aire. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B. Si hay una concentración mayor de partículas en un punto habrá más choques entre sí. rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. las partículas de una sustancia. Siendo las velocidades y las masas molares. Gracias a su movimiento constante. Las moléculas de diferentes clases tienen velocidades diferentes. dependiendo únicamente de la densidad. pág. Se hace uso de este principio en el método de efusión de separación de isótopos. establece que las velocidades de difusión y efusión de los gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas masas molares. 25 . El fenómeno de efusión está relacionado con la energía cinética de las moléculas. se distribuyen uniformemente en el espacio libre. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones. La difusión es el proceso por el cual una sustancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. los gases presentan la mayor facilidad de difusión de sus respectivas moléculas.TEORIA CINETICA DE GASES LEY DE DIFUSIÓN DE GRAHAM La ley de Graham. ya que sus moléculas tienen velocidades superiores. formulada en 1829 por el químico británico Thomas Graham. a temperatura constante. Los resultados son expresados por la ley de Graham. 26 . En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío. cuando M sea igual a la masa (peso) v molecular y v al volumen molecular. en la ecuación anterior sus raíces cuadradas se cancelan. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones.TEORIA CINETICA DE GASES La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. quedando: Es decir: la velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. es decir V1 = V2. la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión." En donde v1 y v2 son las velocidades de difusión de los gases que se comparan y d1 y d2 son las densidades. podemos establecer la siguiente relación entre las velocidades de difusión de dos gases y su peso molecular: y como los volúmenes moleculares de los gases en condiciones iguales de temperatura y presión son idénticos. pág. "La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. Las densidades se pueden relacionar con la masa y el volumen porque (d=m/v ). Si la presión de un gas se duplica el volumen disminuye.TEORIA CINETICA DE GASES CONCLUSIONES A una presión constante el volumen de un gas se expande cuando se calienta y se contrae cuando se expande. La temperatura y el número de moles para demostrar la ley de Boyle deben ser constantes. La presión para demostrar la ley de charle debe ser constante. 27 . y si la presión disminuye el volumen aumenta. pág. El estudio de las leyes de los gases permitió el avance de la ciencia y el desarrollo de nuevas teorías sobre la estructura interna de la materia. (04 de Octubre de 2010). Recuperado el 16 de Febrero de 2013.wikipedia. (15 de Setiembre de 2012).profesorenlinea. 28 .wikipedia.job-stiftung.de.org. Recuperado el 16 de Febrero de 2013.com: http://www. Wikipedia. es. M. (12 de Mayo de 2011). de Wikipedia: http://es.monografias.TEORIA CINETICA DE GASES BIBLIOGRAFÍA linea.com.de: http://www.profesorenlinea.monografias. de www.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml Wiki-autor.de/pdf/skripte/Quimica_Fisica/capitulo_3. e. Recuperado el 16 de Febrero de 2013.htm Quimica-Fisica. Recuperado el 16 de Febrero de 2013.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales http://es.profesorenlinea. www.wikipedia.cl: http://www.job-stiftung. de www.org/wiki/Ley_de_las_presiones_parciales pág.wikipedia. P.cl.jobstiftung.cl/fisica/GasesPropiedades.org: http://es. de es.pdf Suarez. de www. 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