ppt Tema 3 Gases 25-04-13

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Gases 
Tema 3 
1 
Los siguientes elementos 
pueden existir como 
gases a una temperatura de 
25°C y 1 atm de presión 
H2, N2, O2 , O3, F2, Cl2 y columna 8 A (18) en la Tabla Periódica 
Compuestos: 
H3P, HCl, HBr, HI, CO, CO2, H3N, NO, N2O, NO2, SO2, H2S, HCN 
2 
Gases 
─ Son capaces de adquirir cualquier forma 
─ Son compresibles 
─ Pueden mezclarse con todo tipo de elementos con mucha 
facilidad 
─ Tienen una densidad mucho menor que los sólidos y los 
líquidos. 
─ Son isótropos (sus propiedades físicas no dependen de la 
dirección en que son examinadas), fluyen, las moléculas están 
en movimiento constante, ejercen presión sobre las paredes. 
Características físicas de los gases 
presión 
3 
 
• Presión (P) 
• Masa (m) o número de moles (n) 
• Temperatura (t,T) 
• Volumen (V) 
 
P,V y T determinan el estado de un gas. 
 T es temperatura en K, t es en ºC, K = ºC + 273,15 
 
Gases ideales: 
Sólo a bajas presiones y altas temperaturas cuando: 
a) volumen de moléculas despreciable frente al VT y 
b) no hay fuerzas de atracción y repulsión entre moléculas 4 
Variables que afectan el estado de un gas 
P a 1/V P x V = k (a T cte.) P1 x V1 = P2 x V2 
Ley de Boyle y Mariotte 
“Para una masa de gas a T cte los volúmenes ocupados son 
inversamente proporcionales a las presiones que soporta” 
Si la Temperatura es constante es una transformation isotérmica 
isoterma 
6 
Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un 
volumen de 946 mL y se encuentra a una presión de 
726 mmHg. ¿Cuál es la presión que se necesita para 
que el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura de 
la muestra es constante? 
P1 x V1 = P2 x V2 
P1 = 726 mmHg 
V1 = 946 mL 
P2 = ? 
V2 = 154 mL 
P2 = 
P1 x V1 
V2 
726 mmHg x 946 mL 
154 mL 
= = 4460 mmHg 
P x V = constante 
7 
Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta 
Expansión de un gas 
Temperatura 
baja 
Temperatura 
alta 
Gas 
Mercurio 
Tubo de 
ensayo 
 Expansión de un gas 
El calor dilata los cuerpos 
El frío los contrae 
La dilatación depende del coeficiente de 
dilatación de la sustancia α=1/273 Unidades¿? 
Vf = Vi + α Vi t = Vi (1+ α t)= Vi (1+ 1/273 t 
Vf = Vi 1/273 (273+t) = Vi α T 
T absoluta en K Son ctes. 
A a 0 ºC corresponden 273 K y la 0 K corresponden -273 ºC 
8 
Variación del volumen de un gas 
con respecto a la temperatura 
V a T 
V = k x T 
V1/T1 = V2 /T2 T (K) = t (ºC) + 273,15 
Ley de Charles y Gay-Lussac 
La temperatura debe ser 
expresada en K 
Transformación isobárica 
¿Cómo sería el gráfico de V en función de T en K? 9 
Variación de la presión un gas 
con respecto a la temperatura 
P a T 
P = k x T 
P1/T1 = P2 /T2 
T (K) = t (ºC) + 273.15 
2da. Ley de Charles y Gay-Lussac 
La temperatura debe ser 
expresada en K 
Transformación isocórica 
La Presion aumenta con la 
T , aumenta el nro. 
choques contra las 
paredes 
P 
 
V1 
V2 
V3 
V4 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
Ley de Avogadro 
V a número de moles (n) 
V = k x n 
V1 / n1 = V2 / n2 
Temperatura constante 
Presión constante 
3 H2 + N2 2 NH3 
3 moléculas + 1 molécula 2 moléculas 
3 moles + 1 mol 2 moles 
3 volúmenes + 1 volumen 2 volúmenes 
“Volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas 
CPT tienen el mismo nro. de moléculas” 
12 
El amoníaco reacciona con el oxígeno para formar NO 
y vapor de agua. Si se utilizan X litros de amoniaco, 
¿Cuántos litros de NO se formarán a temperatura y 
presión constantes? 
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 
1 mol NH3 1 mol NO 
a temperatura y presión constantes… 
1 volumen NH3 1 volumen NO 
13 
Cuando varía P , V y T simultáneamente 
Ecuación de estado de un gas 
 
P1V1 
T1 
P2V2 
T2 
PnVn 
Tn 
 =.………………. = = cte. para masa cte. 
 = R para 1 mol de gas 
PV 
T 
Simulador de gas ideal http://itl.chem.ufl.edu/2041_u00/MH_sims/ideal_nav.swf 
Leyes de los gases 
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes
_gases/index.html 
 
http://personal.telefonica.terra.es/web/jpc/gases/index.html 
= 
14 
Ecuación de los gases ideales 
Ley de Charles: V a T (P y n constantes) 
Ley de Avogadro: V a n (P y T constantes) 
Ley de Boyle: V a (T y n constantes) 1 
P 
V a 
nT 
P 
V =constante x = R 
nT 
P 
nT 
P 
R = constante universal de los gases (Regnault) 
0,082 L atm/K mol; 1,987 cal/K mol; 8,31 J/K mol 
PV = nRT 
15 
Cuando un gas está a 0°C y a la presión es 1 atm, está en 
CNPT condiciones normales de presión y temperatura. 
PV = nRT 
R = 
PV 
nT 
= 
(1 atm)(22,414 L) 
(1 mol)(273,15 K) 
R = 0,082057 L atm/(mol K) 
En CNPT 1 mol de un gas ideal ocupa 22,414 litros de 
volumen. 
16 
Cálculo de R para gases ideales 
¿Cuál es el volumen en litros que ocupan 49,8 gramos 
de gas cloruro de hidrogeno (HCl) en CNPT? 
PV = nRT 
V = 
nRT 
P 
T = 0 0C = 273,15 K 
P = 1 atm 
n = 49,8 g x 
1 mol HCl 
36,.45 g HCl 
= 1,37 mol 
V = 
1 atm 
1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K L•atm 
mol•K 
V = 30,6 L 
17 
El argón es un gas inerte que se usa en algunas 
bombitas para retrasar la vaporización del filamento. 
Cierto foco contiene argón a 1,2 atm de presión y 
cambia de temperatura desde 18°C hasta 85°C. ¿Cuál 
es la presión final del argón en atm si el volumen del 
sistema es constante? 
PV = nRT n, V y R son constantes 
nR 
V 
= 
P 
T 
= constante 
P1 
T1 
P2 
T2 
= 
P1 = 1.20 atm 
T1 = 291 K 
P2 = ? 
T2 = 358 K 
P2 = P1 x 
T2 
T1 
= 1,20 atm x 358 K 
291 K 
= 1,48 atm 
18 
 y como n = 
m 
M 
Donde: 
m es masa del gas en gramos 
M es masa de un mol de gas 
Masa de un mol de gas 
dRT 
P 
M = 
d es la densidad del gas en g/L 
Si PV = nRT 
PV = RT m 
M 
P M = RT m 
V 
d = PM 
RT 
dRT 
P 
M = 
19 
Un contenedor de 2.1 litros contiene 4,65 gramos de 
un gas a 1 atm de presión a 27°C. ¿Cuál es la masa 
molar del gas? 
dRT 
P 
M = d = m 
V 
4.65 g 
2,10 L 
= = 2,21 
g 
L 
M = 
2,21 
g 
L 
1 atm 
 x 0,0821 x 300,15 K L•atm 
mol•K 
M = 54,6 g/mol 
20 
Estequiometría de los gases 
¿Cuál es el volumen de CO2 producido a 37°C y 1 atm de 
presión cuando 5.6 gramos de glucosa son usados en la 
siguiente reacción: 
C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) 
g C6H12O6 mol C6H12O6 mol CO2 V CO2 
5,60 g C6H12O6 
1 mol C6H12O6 
180 g C6H12O6 
x 
6 mol CO2 
1 mol C6H12O6 
x = 0,187 mol CO2 
V = 
nRT 
P 
0,187 mol x 0,0821 x 310,15 K 
L•atm 
mol•K 
1,00 atm 
= = 4,76 L 
21 
Ley de Dalton de las presiones parciales 
V y T son 
constantes 
P1 P2 Ptotal = P1 + P2 
Al 
combinar 
los gases 
“La presión total de una mezcla de gases es 
igual a la suma de las presiones parciales de 
los gases que la componen”. 
22 
Se considera el caso donde dos gases, A y B, se 
encuentran en un recipiente de volumen V donde PA es 
presión parcial y PT es presión total 
PA = 
nART 
V 
PB = 
nBRT 
V 
nA es el número de moles de A 
nB es el número de moles de B 
PT = PA + PB XA = 
nA 
nA + nB 
XB = 
nB 
nA + nB 
PA = XA PT PB = XB PT 
Pi = Xi PT Fracción molar (Xi) = 
ni 
nT 
23 
Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de 
CH4, 0,421 moles de C2H6, y 0,116 moles de C3H8. Si 
la presión total de los gases es de 1.37 atm, ¿Cuál es 
la presión parcial del propano (C3H8)? 
Pi = Xi PT 
Xpropano = 
0,116 
8,24 + 0,421 + 0,116 
PT = 1,37 atm 
= 0,0132 
Ppropano = 0,0132 x 1,37 atm = 0,0181 atm 
24 
Difusión de gas: Tendencia a esparcirse de cada sustancia 
uniformemente a través del espacio disponible. 
Difusión también es el pasaje a través de medios porosos y 
efusión cuando el orificio del poro es muy pequeño 
NH3 
17 g/mol 
HCl 
36,5 g/mol 
NH4Cl 
v1 
v2 
d2 
d1  
M2 
M1  = = 
V es velocidad 
d es densidad 
M es masa de unmol 
t tiempo de difusión 
Vacío 
Ley de Graham de difusión 
25 
Comportamiento de un gas ideal 
1 mol de gas ideal 
PV = nRT 
n = 
PV 
RT 
= 1.0 
Fuerzas de repulsión 
Fuerzas de atracción 
Gas ideal 
En un gas ideal: a) el volumen de sus moléculas es 
despreciable frente al volumen que ocupa el gas, b) no 
existen fuerzas de interacción entre sus moléculas, c) el 
movimiento de sus moléculas es rectilíneo y los choques son 
elásticos (no hay pérdida de energía). 
26 
Efecto de las fuerzas de 
presión producidas por un gas 
Pero a presiones altas: 
a) El V gas no es despreciable frente al del recipiente y, 
b) Las fuerzas de atracción y repulsión son apreciables 
Los gases reales a bajas P y altas T 
se comportan como ideales 
27 
Ecuación de Van der Waals 
para gases no ideales 
P + (V – nb) = nRT an
2 
V2 ( ) 
Presión 
corregida por 
interacciones 
moleculares 
Volumen corregido 
debido volumen de 
las moléculas 
Esta es ecuación es una de las existentes para explicar el comportamiento 
de los gases reales aunque no en forma exacta 
Preal = 
an2 
V 
Pideal + 
Vreal = Videal – n b 
Correcciones 
Constantes de Van der 
Waals para algunos 
gases 
28 
Licuación de gases Esto se logra a P altas y bajas T, dado 
que las moléculas se tienen que atraer y bajar su velocidad. 
T crítica es aquella por encima de la cual no puede licuarse el 
gas por compresión y P crítica es la mínima para licuar ese gas 
a esa T (se verá en la Unidad Temática de líquidos). 
Presión de vapor saturada de un líquido 
es la P a la que coexisten L y V en un 
equilibrio dinámico. Para escapar del L al V 
requieren energía en forma de calor: calor 
de vaporización. 
Punto de ebullición es la T en la cual la presión del vapor es 
igual a la atmosférica. Si la P es 1atm =760 mmHg ó 1013,25 
hPa se llama Punto de ebullición normal (PEN). 29 
30 
Un diagrama de 
fases resume las 
condiciones en las 
cuales una sustancia 
existe como sólido, 
líquido o gas. 
Punto Triple 
Temperatura 
Presión 
 
 
 
o 
o 
30 
Diagrama de las fases del agua