PROPIEDADES DELESTADO GASEOSO Profesor: César Luna La química Es la ciencia que describe la materia, sus propiedades físicas y químicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan a dichos procesos. La Fisicoquímica “Es una ciencia que usa las leyes y experimentos de la física para explicar que ocurre en una mezcla de sustancias durante una operación química” Estados de Agregación de la Materia Diferencia entre masa y peso . Estados de Agregación de la Materia Sólido Líquido Gas . Estados de Agregación de la Materia . Estados de Agregación de la Materia Energía Gas Líquido Sólido Temperatura . Estados de Agregación de la Materia Característica Sólido Líquido Gas Volumen Definido Definido Indefinido Forma Definida Indefinida Indefinida Compresibilidad Prácticamente Incompresible Prácticamente Incompresible Fácilmente Compresible Atracción intermolecular Fuerte Moderada Despreciable o Prácticamente Inexistente . .Estado Gaseoso Es un estado de agregación de la materia en el que las moléculas se mueven a grandes velocidades en forma completamente desordenada y poseen fuerzas de atracción muy pequeñas o casi nulas entre sí. es decir. Muestran densidades muy bajas. Pueden comprimirse a volúmenes menores. como consecuencia ejercen una presión sobre éstas. unas con otras y con las paredes del recipiente que las contiene y. Sus moléculas. chocando.Características de los Gases No tienen forma ni volumen definido. . debido a su rápido y vigoroso movimiento. se requiere cierta presión para confinarlas. a su vez. su densidad puede aumentar al aplicar mayor presión. siguen trayectorias al azar. con gran frecuencia. Sus propiedades y cantidades se describen en términos de temperatura. . de modo que las muestras gaseosas ocupan en su totalidad y de manera uniforme el volumen de cualquier recipiente. los distintos gases de una muestra no se separan al dejarlos reposar. se mezclan en su totalidad. Difunden entre sí. volumen que ocupan y número de moléculas presentes.Características de los Gases Se expanden sin límite. Por el contrario. presión. de manera que al colocar muestras de gases en un mismo recipiente. Formulación de medicamentos. Diversos fenómenos asociados. . Cromatografía de gases.Importancia del estudio del Estado Gaseoso en el campo farmacéutico Uso de gases como propelentes. TIPOS DE GASES GASES IDEALES GASES REALES . la Ley de Amonton y la Ley Combinada de los Gases. el volumen ocupado por las moléculas de un gas es despreciable en comparación con el volumen total ocupado por el gas. Obedecen a las leyes de los gases ideales: Ley de Boyle – Mariotte.Gases Ideales De acuerdo con la teoría cinética molecular. Las fuerzas de atracción entre las moléculas son despreciables o inexistentes. Las colisiones son perfectamente elásticas. . Ley de Charles y Gay-Lussac. Leyes de los Gases Ideales Ley de Boyle – Mariotte (Relación entre presión y volumen) “A temperatura constante. T constantes) PV = k (constante) . el volumen V que ocupa una masa definida de gas es inversamente proporcional a la presión aplicada P” V V = k 1 P 1 P (n. 1 m3 = 1000 dm3 1 dm3 = 1000 cm3 = 1 L 1 cm3 = 1 mL P se refiere a PRESIÓN se define como la fuerza por unidad de área. Según el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad oficial del volumen es el m3 . . Recibe el nombre de pascal (Pa). Un N/m2 es la unidad estándar de presión en unidades del SI.Leyes de los Gases Ideales V se refiere al VOLUMEN = Espacio ocupado por una sustancia. de la masa. de la naturaleza del gas y de las unidades en que se exprese la Presión y el Volumen. .Leyes de los Gases Ideales Otras unidades de Presión son: 1 atmósfera (atm) = 760 mmHg = 760 torr = 101325 Pa k se refiere a la CONSTANTE DE BOYLE que es una constante de proporcionalidad que depende de la Temperatura. Leyes de los Gases Ideales Ley de Boyle .Mariotte . Leyes de los Gases Ideales Ley de Boyle – Mariotte Presión P Isotermas Temperaturas constante Volumen V . P2V2 = k P1V1 = P2V2 Podemos expresar esta relación como: V1 V2 = P2 P1 .Leyes de los Gases Ideales Para 2 condiciones de Volumen y Presión para un mismo gas la Ley de Boyle – Mariotte se expresa de la manera siguiente: P1V1 = k . ¿Cuál sería su volumen a 900 mmHg si la temperatura permanece constante? Respuesta: 287.77 mL .Leyes de los Gases Ideales Ley de Boyle – Mariotte Ejercicio Si un gas tiene un volumen de 350 mL a 740 torr. P constantes) o V T = k . el volumen que ocupa una masa dada de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta” V T V=kT (n.Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac (Relación entre Temperatura y Volumen) “A presión constante. Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac V se refiere al Volumen descrito con anterioridad.15 . Es una condición que determina la transferencia de calor o energía térmica de un cuerpo a otro cuerpo. La equivalencia entre ambos es: K = º C + 273. Las unidades de temperatura empleadas comúnmente en estudios científicos son los grados celsius (ºC) y la unidad del SI kelvin (K) de la escala absoluta de temperatura. T se refiere a Temperatura. .Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac k es una constante de proporcionalidad que depende de la Presión. de la masa. de la naturaleza del gas y de las unidades en que se exprese la Temperatura y el Volumen. Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac Temperatura en kelvin . Lussac se expresa: V1 T1 = O sea. V1T2 = V2T1 V2 T2 = k .Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac Para 2 condiciones de Volumen y Temperatura de un gas la Ley de Charles y Gay . K = º C + 273.15 .Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac Las investigaciones de Charles y Gay – Lussac dieron paso a que se definiera una nueva escala de temperatura llamada escala Kelvin de temperatura. 15 0 ºC 0 273.273.15 K .Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac “cero absoluto” . Leyes de los Gases Ideales Ley de Charles y Gay – Lussac Temperatura en kelvin . V constantes) P T = k .Leyes de los Gases Ideales Ley de Amonton (Relación entre Presión y Temperatura) “Para una masa dada de gas a volumen constante la presión es directamente proporcional a la temperatura” P T (n. Leyes de los Gases Ideales Ley de Amonton Para dos condiciones de Presión y Temperatura de un mismo gas: P1 T1 P2 T2 = = o P1T2 = P2T1 k . V y T de un gas Boyle-Mariotte V V T P Charles .Leyes de los Gases Ideales Ley Combinada de los Gases Se obtiene la relación completa entre P.Gay Lussac 1 P VT + V = kT P PV = kT k: Constante que depende de la masa del gas. . el volumen y la temperatura e independiente de la naturaleza del gas. de las unidades en las que se exprese dicha masa y las unidades en que se exprese la presión. Leyes de los Gases Ideales Ley Combinada de los Gases PV = kT k = nR Sustituyendo k. obtenemos PV = nRT Ecuación de Estado o General de un Gas Ideal . n = m / M. .Leyes de los Gases Ideales Ecuación General de un Gas Ideal PV = nRT n = número de moles de gas. Donde: se refiere a la masa. su unidad en el SI es el kilogramo (Kg) y en el sistema métrico es el gramo (g) y M se refiere al peso molecular de la sustancia su unidad es g / mol. 1 mol es la masa de una sustancia numéricamente igual a su masa molecular. el volumen y la temperatura. Sólo depende de las unidades en la cual se exprese la presión. Es igual para todos los gases.Leyes de los Gases Ideales Ecuación General de un Gas Ideal R: Es la constante universal de los gases. . 184 julio (J) 1 julio (J) = 107 erg R = 8.05 atm mL / K mol R = 62.987 cal / K mol = 8.314 J / K mol 1 caloría (cal) = 4.082 atm L / K mol = 82.314 x 107 erg / mol K . por lo tanto: R = 1.36 L torr / K mol R también puede expresarse en unidades de trabajo o energía.Leyes de los Gases Ideales Unidades de expresión de R R = 0. ¿Cuál es su volumen a 760 mmHg a 0 ºC? R: 26.25 mL .Leyes de los Gases Ideales Ley Combinada de los Gases Para dos condiciones de un mismo gas la ecuación combinada de las leyes de los gases se expresa: P1V1 T1 = P2V2 T2 = k Por ejemplo: Una muestra de 50 mL de un gas ejerce una presión de 450 torr a 35 ºC. Leyes de los Gases Ideales Cálculo del Peso Molecular y Densidad de los Gases a partir de la Ecuación General. Sabemos que: n=m/M Sustituyendo PV = ρ nRT M = = PV ρRT P = m RT M = o ρ M = = MP RT m RT V P = . por acuerdo internacional 0 ºC (273. respectivamente.Presión y Temperatura Normal o Estándar Las condiciones estándar de temperatura y presión (PTN o PTE) son. .15 K) y una atm (760 mmHg). contienen igual cantidad de moléculas” V n (P.Leyes de los Gases Ideales Ley de Avogadro (Relación entre cantidad y volumen) “Volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión. T constantes) V = k.n . 02x1023 moléculas P = 1 atm T = 0 ºC V= 22.414 L y contiene 6.414 L Argón 1 mol = 6.414 L Nitrógeno . moléculas o iones (número de Avogadro) 1 mol = 6.Leyes de los Gases Ideales Ley de Avogadro 1 mol de cualquier gas en condiciones estándar de temperatura y presión (0 ºC y 1 atm) ocupa un volumen de 22.02 x 1023 partículas.02x1023 moléculas P = 1 atm T = 0 ºC V= 22. GASES REALES . Gases Reales El volumen ocupado por las moléculas del gas es finito. . Como consecuencia de la característica anterior. la atracción intermolecular es significativa. No cumplen con las leyes de los gases ideales. apreciable en relación con el volumen total ocupado por el gas. Cumplen con la ecuación de Van der Waals. nb) = nRT .Gases Reales PV = nRT Gas Ideal Presión ideal Volumen susceptible de sufrir cambios Gas Real : PV ≠ n RT Ecuación de Van der Waals ( 2a n P + V2 ) (V . Gases Reales Para gases ideales P ideal Para gases reales P ideal = P observada > P observada Para gases ideales V ideal = VSusceptible de sufrir cambios Para gases reales VSusceptible < Vobservado de sufrir cambios Pideal P observada = ( 2a n P + V2 2a n + V2 ) (V .nb) y Videal = nRT = ( V – nb) . Gases Reales Factor de Compresibilidad (z) T constante z = PV RT GAS IDEAL Para gases ideales Para gases reales z = 1 z ≠ 1 . Cumplen con los postulados de la Teoría Cinética Molecular.Características de Gases Ideales y Reales Gases Ideales Gases Reales El volumen ocupado por las moléculas del gas es despreciable. Cumplen con la ecuación de Van der Waals. Atracción intermolecular inexistente o prácticamente inexistente. Atracción intermolecular significativa. Sólo cumplen las leyes de los gases ideales a bajas presiones y elevadas temperaturas. Factor de compresibilidad ≠ 1 . Cumplen con las Leyes de los Gases Ideales. Factor de compresibilidad = 1 El volumen ocupado por las moléculas del gas es apreciable. MEZCLA DE GASES . a temperatura constante y en un volumen definido.Mezcla de Gases Ley de Dalton (Suma de las presiones parciales) “La presión total que ejerce una mezcla de gases. es la suma de las presiones parciales de los gases que la componen” Mezcla de gases A B PT = PA + PB . PT = PA + PB .Mezcla de Gases Ley de Dalton Presión Parcial: es la misma que ejercería cada componente si estuviera solo en el mismo volumen y a la misma temperatura que la mezcla. podemos escribir que: PA = nA RT / VMezcla PB = nB RT / VMezcla Ptotal = ntotalRT / VMezcla Ecuación (1) Ecuación (2) Ecuación (3) ntotal = nA + nB . entonces.Mezcla de Gases Ley de Dalton Si cada uno de los gases obedece la ecuación del gas ideal. Mezcla de Gases Ley de Dalton Dividiendo las ecuaciones (1) y (2) entre la ecuación (3) obtenemos: PA = nA RT / VMezcla Ptotal = ntotalRT / VMezcla PA Ptotal = y nA ntotal Si denominamos: PB = nB RT / VMezcla Ptotal = ntotal RT / VMezcla y nA ntotal = XA PB Ptotal y nB ntotal = = nB ntotal XB . Mezcla de Gases Ley de Dalton XA y XB se denominan “fracciones molares” Por lo tanto. tenemos que: PA = XA Ptotal y PB = XB Ptotal PB Ptotal = XB . sustituyendo: PA Ptotal = XA y Despejando presión parcial. 8 mmHg ¿Cuál es la presión parcial del O2 expresada en atm y cuántos moles de oxígeno hay en el tubo? R: PO2 = 0. a esta temperatura el agua tiene una presión de vapor de 23.Mezcla de Gases Ley de Dalton Ejercicio En un recipiente de 500 mL se recoge O2 sobre agua a una presión total de 760 mmHg.02 moles .97 atm n O2 = 0. La temperatura del sistema es de 25 ºC. Mezcla de Gases Ley de Amagat (suma de los volúmenes parciales) “En toda mezcla gaseosa. el volumen total puede considerarse igual a la suma de los volúmenes parciales de sus componentes a la presión total de la mezcla y a la misma temperatura” Mezcla + A de gases B VT = VA + VB . VT = VA + VB .Mezcla de Gases Ley de Amagat Volumen Parcial: Es el volumen que ocuparía cada gas si estuviese sólo a la presión total de la mezcla y a la misma temperatura. entonces. podemos escribir que: VA = nA RT / Ptotal VB = nB RT / Ptotal Vtotal = ntotal RT / Ptotal ntotal = nA + nB Ecuación (1) Ecuación (2) Ecuación (3) .Mezcla de Gases Ley de Amagat Si cada uno de los gases obedece la ecuación del gas ideal. Mezcla de Gases Ley de Amagat Dividiendo las ecuaciones (1) y (2) entre la ecuación (3) obtenemos: VA = nA RT / Ptotal Vtotal = ntotal RT / Ptotal VA nA Vtotal = ntotal Si denominamos: y VB = nB RT / Ptotal Vtotal = ntotal RT / Ptotal y VB nB Vtotal = ntotal nA XA = ntotal nB ntotal = XB . sustituyendo: VA Vtotal = XA y VB Vtotal Despejando volumen parcial. tenemos que: VA = XAVtotal y VB = XBVtotal = XB .Mezcla de Gases Ley de Amagat XA y XB se denominan “fracciones molares” Por lo tanto. R: P O2 = 0.79 atm . la presión total ejercida por ambos gases es de 1 atm. Calcule la presión parcial de cada uno de los gases.Mezcla de Gases Ley de Amagat Ejercicio: En un recipiente se recogió 79% v/v de N2 y 21 % v/v de O2 .21 atm P N2 = 0. 21 º 20 º m de sustancia calor .Capacidad Calorífica Definición Es la cantidad de calor que se requiere para aumentar en un grado la temperatura de una cantidad definida de masa de una sustancia. T: cambio de temperatura. T Q: calor absorbido. c: calor específico cuando la masa es de 1g y el incremento de T es 1ºC.Capacidad Calorífica CALOR ESPECÍFICO Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa (1g) de una sustancia en 1 ºC. . m: masa de la sustancia. El calor específico se puede expresar como: Q = m . c . Existen dos tipos de capacidad calorífica molar. Por lo tanto.Capacidad Calorífica CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR: Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 mol de sustancia en 1 ºC. que dependen de si la sustancia se calienta a volumen constante y a presión constante. es igual al calor específico multiplicado por la masa molecular de la sustancia. . 987cal / K mol 1º Para gases ideales Cv = 3/2 R Cv = 2.Capacidad Calorífica La capacidad calorífica molar de una sustancia a volumen constante. es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de sustancia 1º a un volumen constante y a una temperatura dada. Ec = 3/2 R T E = 3/2 R (T2 .T1) Cv R = 1.98 ~ 3cal / K mol . Cv. Capacidad Calorífica La capacidad calorífica molar de una sustancia a presión constante, Cp, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un mol de sustancia 1º a presión constante y a temperatura dada. Cp = Cv + W W=R Cp = Cv + R R = 1,987cal / K mol Cv = 2,98 cal / K mol Para gases ideales Cp = 4,97 ~ 5 cal/ K mol Capacidad Calorífica Capacidades caloríficas molares de gases (cal / K mol) Cp Cv Argón 5 3.01 1.66 Helio 4.99 3 1.66 Hidrógeno 6.83 4.84 1.41 Oxígeno 6.96 4.97 1.40 Dióxido de Carbono 8.75 6.71 1.30 Gas Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Es un sistema disperso heterogéneo de fase interna líquida o sólida y fase externa gaseosa (licuado o comprimido), que por ser heterogéneo tiende a la inestabilidad y a la separación de fases. Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol . . .Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Propulsor o Propelente: .Gas Licuado.Gas Comprimido. . pero que se licua con facilidad al aumentar la presión del recipiente que lo contiene.Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Gas Licuado: Es aquel que a presión atmosférica y temperatura ambiente se presenta en forma gaseosa. Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Gas Licuado . Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Hidrocarburos Halogenados CloroFluoroCarbonados (CFC) HidroCloroFluoroCarbonados (HCFC) HidroFluoroCarbonados (HFC) Hidrocarburos Butano Isobutano Propano Gases Licuados . .Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Gas Comprimido Es un gas generalmente insoluble en preparado líquido contenido en el envase aerosol. a medida que avanza el número de descargas. se produce una caída en la presión en el interior del envase. de tal manera que. Aplicación Farmacéutica de los Gases Aerosol Dióxido de Carbono Gases Comprimidos Oxido de Etileno Nitrógeno . Aplicación Farmacéutica de los Gases Aplicaciones de los Aerosoles Farmacéuticos a) Sistemas para administración tópica (piel y mucosas) b) Sistemas para inhalación . Posibilidad de utilizar esta vía como alternativa si el paciente recibe otro medicamento con el que pueda producirse interacciones. Eliminación de la degradación a nivel gástrico.Aplicación Farmacéutica de los Gases Ventajas de Aerosoles Farmacéuticos Rapidez en el inicio de la acción terapéutica. . Eliminación del efecto del primer paso hepático. Posibilidad de ajuste de la dosis a las necesidades de cada paciente. Aplicación Farmacéutica de los Gases La Respiración . Aplicación Farmacéutica de los Gases Formulación de Medicamentos . Propiedades del Estado Gaseoso .