Estados gaseosos y disoluciones

EL ESTADO GASEOSO Y LAS DISOLUCIONES
• Propiedades características de los gases
• Modelo Cinético−Molecular
• Principales transformaciones mecánicas de los gases
• Ley de los gases
• Ecuación básica de los gases
• Concepto de mezcla: tipos
• Concepto de disolución verdadera
• Formas de expresar la concentración
PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES
•,
• Los gases se dilatan : DILATACIÓN. Se llama dilatación al aumento del volumen debido
exclusivamente a un aumento de temperatura (es el caso más escandaloso). Cada 100ºC de
calentamiento, el volumen se incrementa un 37% (es siempre el mismo sea cual sea el gas)
• Los gases se DIFUNDEN: DIFUSIÓN. Consiste en la capacidad que tiene una porción gaseosa de
llenar todo su recipiente sin que nadie le obligue a ello (gracias a ello exixte la atmósfera).
Ej.:escape de gas butano, el olor de un perfume. Le permite a los gases formar MEZCLAS
HOMOGÉNEAS SIEMPRE.
MODELO CINÉTICO−MOLECULAR
Es un modelo simple que describe cómo está hecha la materia y justifica los diferentes estados físicos, así
como las principales transformaciones físicas. Se basa en:
• La materia está constituida por partículas llamadas moléculas entre las cuales sólo hay espacio vacío.
(MOLÉCULAS Y ESPACIO).
• En el caso de los gases y de los líquidos, las moléculasestán en continuo movimiento, el cual es
ALEATORIO.
• Cuando se calienta un gas aumenta la velocidad con la que se mueven las moléculas, por lo cualla
temperatura es un indicador del GRADO DE MOVILIDAD MOLECULAR.
• Como consecuencia de lo anterior, las moléculas chocan contra las paredes de su
recipientecontinuamente. Esto determina a nivel global, la presión de dicho gas.
• En el estado gaseoso, las moléculas prácticamente están libres (no hay atracción entre ellas), por lo
cual la distancia entre las moléculas es enorme. En el caso de los líquidos y sólidos, sí existen
fuerzasde atracción entre moléculas, que reciben el nombre de FUERZAS MOLECULARES O DE
ENLACE.
LEY DE LOS GASES IDEALES
GAS IDEAL: es un modelo de sustancia pero no es una sustancia gaseosa. No exixte.
Sería aquel gas que se comporta según el MCM. Un gas ideal estaría EXCENTO DE LA POSIBILIDAD DE
CAMBIAR DE ESTADO.
Los gases reales se compordtan muy aproximadamente igual al gas ideal.
CAMBIOS FÍSICOS EN LOS GASES:
1
• Cambios de estado.
• Transformaciones mecánicas (se llaman así aquellas transformaciones en donde se altera el estado de un
gas en el sentido de variar la presión, el volúmen, la temperatura y cantidad ( n), que son las llamadas
variables de estado. Puedesn variar todas o sólo algunas de dichas variables. Seleccionamos aquellas
transformaciones en donde dos variables permanecen fijas y varían otras dos.
TRANSFORMACIONES MECÁNICAS
Las más fáciles y corrientes son:
• Transformación P−V (T−n ctes), conocida con el nombre de LEY DE BOYLE MARIOTTE. La ley
expresa que la P de un gas es inversamente proporcional a su V. Esta relación es exacta si la T no
varía (proceso ISOTERMO)
Pi * Vi= Pf * Vf
• Tramsformación V−T (P−n cte),conocida con el nombre de LEY DE CHARLES. Describe
matemáticamente el proceso de dilatación térmicade un gas. El V de un gas y su T son
directamente proporcionales. A condición de que se mantengan constantes la P y n. Ley de
Charles = dilatación ISÓBARA. Sería un proceso en donde el alejarse las moléculas, las paredes
del recipiente se ensanchan para que la P no aumente.
V/T = cociente
Vi/Ti = Vf/Tf
Esta ley se obtuvo obsevando la dilatación de diversos gases, y se obtuvo:
Conclusión: por calentamiento el V de un gas no tiene límite (puede crecer
hasta el infinito). Por enfriamientotiene un LÍMITE: existe una T mínima
para la cual el Vdel gas sería 0. recibe el nombre de 0 absoluto de T.
Equivale a −273ºC. Este valor es inalcanzable porque el V de un gas nunca
puede ser 0. El 0 absoluto sirve para definir una nueva escala de T diferen
te a la escala Celsius. Dicha escala recibe el nombre de ESCALA KELVIN.
Características: No tiene T negativas. Porque las más baja es el 0 absoluto
(que es incalcanzable)
Es en la que se expresan los gases ideales.
• Transformación P−T(V−n ctes), conocida con el nombre de Ley de Gay Lussac. Expresa la
relación que hay entre la P y la T de un gas cuando el V permanece constante (el recipiente que
lo contiene es rígido) La P de un gas y su T son directamente proporcionales.
P/T=cte Pi/Ti =Pf/Tf
2
El 0 absoluto inalcanzableporque iría en contra de la TCM. El vacío absoluto no exixte ( P=0
ABSOLUTO no existe). No se refiere a P=0 en tecnología, significa que la P es menor que la
atmosférica.
La tres leyes se pueden resumir en una sola:
LEY O ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES IDEALES
Esta ecuación además permite establecer una característica universal para los gases
PV/T= cte =R
Sea cual sea la situacón de un gas, la operación indicada, siempre da el mismo número. Esta número se
denomina R, que vale 0,082 atm*l/mol*k y recibe el nombre de CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS
GASES .
Interesa conocer una relación matemática que se refiera no a una transformación sino, a los valores de P, V, T
y n , es decir, una relación que me diga el valor de una variable conocidas las otras. Ésta recibe el nombre de
ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES
PV = Nrt
EG= PV/T =0.082 EN UN MOL DE GAS
E de E =PV/T=0,082n= PV=nRT
P= atm
V= litros
T= K
n= nº de moles
APLICACIONES DE CARA A LA QUÍMICA DE LA ECUACIÓN DE ESTADO
• La proncipal consiste en calcular la densidad que tiene una sustancia gaseosa dado que es
característicade las sustancias puras.
• Permite relacionar la densidad de un gas (propiedad macroscópica) con el peso molecular
(propiedad microscópica)
*Relación densidad− Peso molecular*
La d de un gas es directamente proporcional a su peso molecular . La d de los gasesdepende de la P y de
la T. Además la d de un gas es directamente proporcional a la presión e inversamente proporcional a la
T.
PV=nRT
PV= masa/peso molecular*RT
3
P*Peso molecular=(masa/V)RT
P* Peso molecular= dRT
d=P*Peso molecular/RT
SISTEMAS MATERIALES DE INTERÉS EN QUÍMICA
• Gases
• Disoluciones. Son mezclas homogéneas y por tanto carecen de las propiedades y comportamiento
que tienen las sustancias puras.Para que las sustancias reaccionen químicamente y unas sustancias
se transformen en otras nuevas, es imprescindible que transcurra el proceso en un AMBIENTE DE
ALTA MOVILIDAD MOLECULAR. Esto da lugar a que las reacciones químicas transcurran en
estado gaseoso o bien en estado líquido, es decir, bien mediante mezclas líquido− líqudo o mezclas
sólido−líqudo. Mejor ambiente, que da la mayor movilidad es cuando el tamaño de las partículas
disueltas o mezcladas es el tamaño molecular. SE LAS LLAMA DISOLUCIONES VERDADERAS.
Éstas presentan una serie de propiedades que reciben el nombre de PROPIEDADES
LOGARÍTMICAS:
• Presión de vapor ( a más Pde vapor, antes se evapora).
• Aumento ebulloscópico (una mezcla tiene capacidad de ebullir a más T cuanta más sal tenga por
ejemplo).
• Descenso crioscópico( crios =frío) (en las mezclas líquidas hay un descenso de la T de congelación).
• Posición osmótica.
Características de las disoluciones
♦ Poseen composición. Se llama así al grado de mezcla que representan sus componentes.
♦ Contienen un componenete mayoritario que recibe el nombre de Disolvente y uno minoritario
que es el Soluto (expresan abundancia molecular)
♦ La composición para las disoluciones recibe el nob¡mbre de CONCENTRACIÓN. Es
variable y oscila entre un mínimo y un máximo, el mínimo=0 (disolvente puro) y el máximo=
SOLUBILIDAD. Una disolución decimos que está saturada cuando su concentración
=SOLUBILIDAD. Decimos que está diluida cuando su CONCENTRACIÓN ES MUY
BAJA(lejos de la solubilidad). Y llamamos a una disolución concentrada cuando su
CONCENTRACIÓN ESTÁ CERCA DE LA SOLUBILIDAD.
♦ La solubilidad de un soluto concreto en un disolvente concreto es característica para tal pareja
de SOLUTO−DISOLVENTE.
FORMA DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN,
Unidades físicas
♦ Porcentaje en masa (peso de soluto en 100g de disolvente)=
(P de soluto/Pde disolvente)*100=%
♦ Riqueza (peso de soluto que contiene un litro de disolución)=
P de soluto/V de disolución=tanto x 1=*100=%
♦ Porcentaje en volúmen (gas−gas líquido− líquido)(v de soluto que acompaña a 100 l de
disolución)
(V de soluto/v de soluto +V de disolvente)*100=litros
♦ Fracción molar sólo gases) ( Es el n de soluto que hay en 1 mol de disolución)
4
(ns/ns+ndisolvente)=Xs=tanto x 1=*100=%
Unidades químicas
♦ Molaridad (nº del mol de soluto que hay en 1 l de disolución)
M=ns/V(l)
Pi * Vi/ Ti =Pf * Vf/ Tf
5