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NOMBRE
DEL GAS
CARACTERISTICAS
GAS
REAL
Son los gases que existen en la naturaleza, cuyas moléculas están sujetas a las fuerzasde atracción y repulsión. Solamente a bajas presiones y altas temperaturas las fuerzas
de atracción son despreciables y se comportan como gases ideales.
Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que
no ocuparía mas olumen. !sto se debe a que entre sus átomos " moléculas se
establecen unas fuerzas bastante peque#as, debido a los cambios aleatorios de sus
cargas electrostáticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals.
!jemplos de gases reales$
Helio para los globos de feria y otros más grandes.
CO2 o anhídrido carbónico. Impulsa la cerveza en los grifos y da el gas a las bebidas gaseosas.
Acetileno en soldaduras
Butano, propano y otros para las cocinas y calefacciones
GAS
IDEAL
%ara definir un patrón de gas que sira para establecer reglas de comportamiento secrea el concepto de gas ideal, este gas ideal cumple las condiciones siguientes$
&.' (cupa el olumen del recipiente que lo contiene.
).' !stá formado por moléculas.
*.' !stas moléculas se mueen indiidualmente y al azar en todas direcciones adistancias considerablemente mayores que el tama#o de la molécula.
+.' La interacción entre las moléculas se reduce solo a su coque.
Los gases reales, siempre que no estén sometidos a condiciones extremas de presión ytemperatura, cumplirán muy aproximadamente las reglas establecidas para los gases
ideales.
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LEY DE BOYLE
-ue descubierta por obert /oyle en &00). !dme 1ariotte también llegó a la
misma conclusión que /oyle, pero no publicó sus trabajos asta &020. !sta es la
razón por la que en mucos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de/oyle y 1ariotte.
La ley de /oyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es
inersamente proporcional al olumen del recipiente, cuando la temperatura es
constante.
!sta ley es una simplificación de la ley de
los gases ideales operfectos particularizada para procesos
isotérmicos de una cierta masa de gas
constante.
3unto con la ley de 4arles, la ley de 5ay'
Lussac, la ley de 6ogadro y la ley de
5raam, la ley de /oyle forma las leyes de
los gases, que describen la conducta de un
gas ideal. Las tres primeras leyes pueden
ser generalizadas en la ecuación uniersal
de los gases.
La ley dice que$
La presión ejercida por una fuerza física es inersamente proporcional al olumende una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.
o en términos más sencillos$
6 temperatura constante, el olumen de una masa fija de gas es inersamenteproporcional a la presión que este ejerce.
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1atemáticamente se puede expresar así$
donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
4uando aumenta la presión, el olumen baja, mientras que si la presión disminuye el olumen
aumenta. 7o es necesario conocer el alor exacto de la constante para poder acer uso de
la ley$ si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de
gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación$
donde$
•
•
•
•
• 6demás, si se despeja cualquier incógnita se obtiene lo siguiente$
•
El volumen es inversamente proporcional a la presión:
•Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
•Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
8%or qué ocurre esto9
6l aumentar el olumen, las partículas :átomos o moléculas; del gas tardan más en llegar a
las paredes del recipiente y por lo tanto cocan menos eces por unidad de tiempo contra
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ellas. !sto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de
coques del gas contra las paredes.
4uando disminuye el olumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y
por tanto se producen más coques en cada unidad de tiempo$ aumenta la presión.
Lo que /oyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes,
el producto de la presión por el olumen siempre tiene el mismo alor
EXPERIMENTO DE BOYLE
%ara poder erificar su teoría introdujo un gas en un cilindro con un émbolo y comprobó las
distintas presiones al bajar el émbolo. 6 continuación ay una tabla que muestra algunos de
los resultados que obtuo este fenómeno$
Experimento de Mariotte
× P (atm) V (L) P · V
0,5 60 30
1,0 30 30
1,5 20 30
2,0 15 30
2,5 12 30
3,0 10 30
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Si se obseran los datos de la tabla se puede comprobar que al aumentar el olumen, la
presión disminuye. %or ello se usa una diagonal isotérmica para representarlo en una
gráfica. , aumenta y que al multiplicar y se obtiene atm.
Ejemplo:
4.0 L de un gas estn a !00.0 mm"g de p#es$%n. &'ul se# su nue(o
(olumen s$ aumentamos la p#es$%n )asta *00.0 mm"g+
,olu-$%n: ,ust$tu$mos los (alo#es en la e-ua-$%n P/ P1/1.
2!00.0 mm"g3 24.0 L3 2*00.0 mm"g3 2/13
,$ despejas /1 otend#s un (alo# pa#a el nue(o (olumen de 5L.
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LEY DE D6LTON
Esta ley establece como enunciado:
<La presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales queejercen los gases de forma independiente<
(bsera la siguiente imágen, a traés de la cual se puede comprobar el enunciado deésta ley
De acuerdo con el enunciado de ésta ley, se puede deducir la siuiente
e!presi"n #ate#$tica%
Ptotal= P1 + P2 + P3 + ....
En donde% P1, P2, P3, ... = Se re&ere a las presiones parciales de cada as'
(ara )allar la presi"n parcial de cada as en una #e*cla, es necesario#ultiplicar la presi"n total por la +racci"n #olar respectia al as'Esta-leciendo la siuiente e!presi"n #ate#$tica%
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Ppacial= !"#as$ . Ptotal != .racci"n Molar
Esta ley a&r#a /ue cuando dos ele#entos se co#-inan para oriinar
di+erentes co#puestos, dada una cantidad &0a de uno de ellos, las di+erentes
cantidades del otro se co#-inan con dic)a cantidad &0a para dar co#o
producto los co#puestos, est$n en relaci"n de n1#eros enteros sencillos' Esta
+ue la 1lti#a de las leyes ponderales en postularse' Dalton tra-a0" en un
+en"#eno del /ue (roustno se )a-2a percatado, y es el )ec)o de /ue e!isten
alunos ele#entos /ue pueden relacionarse entre s2 en distintas proporciones
para +or#ar distintos co#puestos'
(bsera el siguiente ejemplo$
. 7na muest#a de a$#e solo -ont$ene n$t#%geno 8 o9geno gaseoso; -u8as
p#es$ones pa#-$ales son 0;*0 atm%s<e#a 8 0;10 atm%s<e#a; #espe-t$(amente.'al-ula la p#es$%n total del a$#e.
= P#$me# paso: >dentificar los datos que brinda el enunciado.
%:7;? @,A@ atm
%:(;? @,)@ atm
= ,egundo paso: 4onocer la incognita o interrogante.
%total? 9
= Te#-e# paso: Sustituir los datos en la expresión matemática y efectuar el calculo.
Pt %:7; B %:(;
Pt @,A@ atm B @,)@ atm
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Pt atm
1. 7na muest#a de gases -ont$ene '"4; '1"! 8 '5"*. ,$ la p#es$%n total es de;=0 atm 8 la <#a--$%n mola# de -ada gas son 0.5!> 0.1?4> 0.54> #espe-t$(amente.
'al-ula# las p#es$ones pa#-$ales de los gases.
= P#$me# paso: >dentificar los datos que brinda el enunciado.
C:4D+;? @,*+
C:4)D0;? @,)E+
C:4*DA;? @,*+&
%total? &,F@ atm
= ,egundo paso: 4onocer la incognita o interrogante.
%:4D+;? 9
%:4)D0;? 9
%:4*DA;? 9
= Te#-e# paso: Sustituir los datos en la expresión matemática y efectuar los calculos.
Ppa#-$al C:gas; . %total
P2'"43 @,*+ . &,F@ atm? 0;= atm
P2'1"!3 @,)E+ . &,F@ atm? 0;?! atm
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P2'5"*3 @,*+& . &,F@ atm? 0;%12 atm
Ley de Gay-Lussac
3osep Louis 5ay'Lussac fue un físico francés que en el a#o de &A@) obseróque todos los gases se expanden a una misma fracción de olumen para un mismoaumento en la temperatura; lo que le reeló la existencia de un coeficiente deexpansión térmica comGn.
La ley de 5ay' Lussac establece la relación entre la temperatura y la presión de ungas cuando el olumen es constante.
6l aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueen más rápidamente y por tanto aumenta el nGmero de coques contra las paredes, es decir aumenta la presiónya que el recipiente es de paredes fijas y su olumen no puede cambiar.
!n un recipiente rígido, a olumen constante, la presión se dobla al duplicar la
temperatura absoluta.
5ay'Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre
la presión y la temperatura siempre tenía el mismo alor$
Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión %& y a una
temperatura H& al comienzo del experimento. Si ariamos la temperatura asta un
nueo alor H), entonces la presión cambiará a %), y se cumplirá$
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!sta ley, al igual que la de 4arles, está expresada en función de la temperaturaabsoluta. Las temperaturas an de expresarse en Ielin.
!l físico 3osep Louis 5ay'Lussac nacido el 0 de diciembre de &22A, en Saint'
Léonard'de'7oblat, y muerto el E de mayo de &AF@, en %arís. !studió en la école
%olytecnique y en la école des %onts et 4aussées de %arís.
6demás de ocupar cargos políticos de importancia, 5ay'Lussac fue catedrático de
física :a partir de &A@A; en la uniersidad de la Sorbona, así como catedrático de
química :a partir de &A@E; en el %olitécnico de %arís.
'E3EM(LOS%
4n as, a una te#peratura de 567C y una presi"n de 889 ## de :,
se calienta )asta /ue su presi"n sea de ;<9 ## de :' Si el olu#en
per#anece constante, =Cu$l es la te#peratura &nal del as en 7C>
&oluci'n: Si leemos detalladamente el problema nos podremos dar cuenta que
las condiciones iniciales de temperatura y presión nos las dan como datos, al
igual que la presión final, pero el único dato que no nos dan es la temperaturafinal, y la cual nos piden en °C.
Vamos a colocar nuestros datos:
440 mm de g.
!"°C # $%! & !0' °(
%)0 mm de g.
*
e sumado a !"° la cantidad de $%!, para poder +acer la conersión a grados
(elin. Es muy impotante (ue lo con)ietan sino no dar- el resultado
que esperamos.
+ora, usamos la fórmula para esta ley, la cual colocar/ de nueo.
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espe1ando a
2os queda
+ora sustituimos nuestros datos.
3ero nos piden el resultado en °C, por lo que restaremos $%! a la cantidad
resultante en grados (elin.
Como podemos obserar en las condiciones iniciales del problema, la
temperatura aumentó y como resultado tambi/n la presión, esto quiere decir que
+emos resuelto el problema con /ito.
Veamos otro e1emplo:
?'@ La presi"n del aire en un #atra* cerrado es de 8<9 ## de : a
867C' =Cu$l es la presi"n del as si se calienta )asta ?67C y el
olu#en per#anece constante'
&oluci'n: 3ara este e1emplo podemos obserar claramente que la ariable que
nos +ace alta es la presión final, por lo que +aremos una recopilación de nuestros
datos y empe5ar a resoler.
Si +acemos el an-lisis tambi/n nos damos cuenta que la temperatura +a
aumentado de 4"°C a 6$"°C esto quiere decir que por la proporcionalidad que
eiste entre la presión y temperatura, la presión aumentar- como resultado
final, no sabemos en (ue cantidad, peo si sabemos (ue
aumenta*.
atos:
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4)0 mm de g.
4"°C # $%! & !6' °(
*
6$"°C # $%! &!7'°(
3or fórmula tenemos
espe1ando
2os queda
8eempla5ando nuestros datos en la fórmula
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