Unidad ITransformaciones de la materia.

Tema 1. Los gases y sus leyes.

1. Los gases1.1. Teoría cinético – molecular de los gases.1. Los gases consisten en un número grande de partículas que están a

grandes distancias entre sí, en comparación con su tamaño.

2. Las partículas de un gas están en un movimiento continuo, rápido yaleatorio. Por lo tanto, poseen energía cinética.

3. Los choques entre las partículas de un gas, y entre estas y elrecipiente que las contiene son colisiones elásticas, es decir, en ellasno hay pérdida de energía cinética.

4. No hay fuerzas de atracción o de repulsión entre las partículas de ungas.

5. La energía cinética promedio de la partícula de un gas depende desu temperatura: a mayor temperatura, mayor es la energía cinética.

1.2. Variables que influyen en el comportamiento de un gas.

Para poder comprender el comportamiento de los gases hay cuatrovariables que son importantes: la presión (P), el volumen (V), latemperatura (T) y la cantidad de materia (n). Estas variablestrabajan juntas, de modo que cuando una de ellas cambia, las otrastambién se ven afectadas.

Relaciones:

- Temperatura y volumen.- Temperatura y presión.- Volumen y presión.

1.3. Propiedades de los gases.

• La fluidez es la propiedad que tienen los gases para ocupar todo elespacio disponible, debido a que, prácticamente, no existen fuerzasde cohesión entre sus moléculas.

• La difusión es la propiedad por la cual un gas se mezcla con otrodebido al movimiento de sus moléculas.

• La compresión es la disminución del volumen de un gas por elacercamiento de las moléculas entre sí debido a la presiónaplicada.

• La resistencia se opone al movimiento de los cuerpos. Estapropiedad se debe a una fuerza llamada roce.

1.4. La presión de los gases.

Observa la siguiente situación:

Si el peso de los ladrillos es el mismo, ¿por qué las huellas sondiferentes?

• Si las marcas de la superficie son distintas, las áreas de contactoson diferentes. A > C > B.

• La fuerza aplicada sobre la superficie es diferente, observándoseen la profundidad de la huella. B > C > A.

Conclusión: la profundidad de la huella es inversamente proporcionalal área de contacto (A).

La relación entre fuerza (F) y área (A) se llama presión (P), y seexpresa: =

¿Cómo relacionamos la presión con los gases?La presión que ejerce un gas es la medida de la fuerza que aplican laspartículas de gas sobre una determinada superficie (área) delrecipiente que lo contiene.

Unidades de presión:

- Milímetros de mercurio (mmHg)- Torricellis (torr)- Atmósferas (atm)- Milibares (Mb)- Pascales (Pa)

Equivalencias:

760 mmHg = 760 torr = 1 atm = 0,001 Mb = 101300 Pa.

¿Cómo se mide la presión de un gas?

Utilizando un manómetro, que es un tubo en U que contienemercurio, con uno de los extremos cerrados.

1.5. La presión atmosférica.

Corresponde a la fuerza que el peso del aire ejerce sobre una unidadde superficie terrestre.Su valor fue determinado por Evangelista Torricelli (1608 – 1647).El instrumento que mide la presión atmosférica es el barómetro.

1.5.1. Características de la presión atmosférica

• Varía con la altura.

• Se ejerce en todas las direcciones y sentidos.

1.6. Temperatura, calor y equilibrio térmico.

Temperatura (T): medida del grado de movimiento (energíacinética) de las partículas de un cuerpo.Instrumento para medirla es el termómetro.

Unidades: Celsius, Kelvin, FahrenheitEquivalencias: = ° + 273= 95 ° + 32

El equilibrio térmico depende de:

- Tipo de sustancia.- Cantidad que se coloque de cada sustancia.- Temperatura que tenía cada sustancia antes de ponerse en

contacto.

Calor (Q): energía en transito que fluye de un cuerpo a otro, cuandoestán a diferente temperatura.Instrumento para medirla es el calorímetro.

A B

QA QB

Cuando ambos cuerpos alcanzan la misma temperatura, seencuentran en equilibrio térmico.

1.6.1.

Actividad. Clasifica las siguientes situaciones como conducción,convección o radiación.

2. Las leyes de los gases2.1. Ley de Boyle - Relación presión-volumen.A temperatura (T) y cantidad de materia (moles) constantes, elvolumen (V) de una cantidad dada de un gas se reduce cuando lapresión total (P) que se aplica, aumenta. Por lo que la presión esinversamente proporcional al volumen del gas.

1

1 1P o P = K x

V V 1PV = K

P1V1 = P2V2

1. En un recipiente se encuentra contenida una masa fija de gas,sometida a temperatura constante. Para este sistema se obtiene lasiguiente tabla de datos:

En base a esta información, ¿cuáles son los valores de X e Y?

Ejemplo.

A presión y n (moles) constantes, el volumen de una muestra de gasse expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse. Por lo tanto,el volumen (V) de una cantidad fija de gas, mantenida a presiónconstante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta (T)del gas.

2V T o V = K x T

2

V = K

T

2.2. Ley de Charles - temperatura-volumen.

1. El helio ocupa un volumen de 100 mL a 370 K. ¿Cuál será elnuevo volumen, en mL, si la temperatura disminuye a 185 K y lapresión se mantiene constante?

A) 86,6 mLB) 50,0 mLC) 96,3 mLD) 66,6 mL

Ejemplo.

Para una cierta cantidad de gas, al aumentar la temperatura lasmoléculas del gas se mueven más rápidamente y, por lo tanto,aumenta el número de choques contra las paredes por unidad detiempo, es decir, aumenta la presión, ya que el recipiente es deparedes fijas y su volumen no puede cambiar.

3

3

P T o P = K x T

P = K

T

2.3. Ley de Gay - Lussac - Relación temperatura-presión.

Ejemplo.

1. Un gas dentro de un cilindro se encuentra a 1,0 atmósferas y a unatemperatura de 300 K. ¿Cuál será la presión, en atmósferas, si elcilindro se calienta hasta los 450 K y el volumen se mantieneconstante?

A) 1,5 atm.B) 2,0 atm.C) 2,5 atm.D) 3,0 atm.

2.4. Ley generalizada de los gases ideales

Para 2 estados diferentes se cumple:

Estado 1 (inicial) = Estado 2 (final)

Esta ecuación se utiliza para calcularlos cambios de presión, temperatura ovolumen cuando n (moles) esconstante.

Ejemplo.

1. El neumático de una bicicleta contiene un volumen de 10 L,medidos a 3 atmósferas y a 27°C. Después de una carrera, latemperatura es de 57°C y el volumen ha disminuido a 8 L. ¿Quépresión habrá al interior al terminar la carrera?

A) 5,5 atm.B) 3,2 atm.C) 10 atm.D) 4,1 atm.