PROPIEDADES EMPIRICAS DE LOS GASES

PROPIEDADES EMPÍRICAS DE LOS GASES
De los tres estados de agregación, sólo el estado
gaseoso permite una descripción cuantitativa
relativamente sencilla.
En esta sección no limitaremos a esta descripción
de las relaciones entre propiedades tales como
masa, presión, volumen y temperatura.
Además se supondrá que el sistema se encuentra
en equilibrio, de modo que los valores de sus
propiedades no cambian con el tiempo.
PROPIEDADES EMPÍRICAS DE LOS GASES
La ecuación de estado de un sistema es la relación
matemática que existe entre los valores de las
propiedades en equilibrio de un material.
Necesitamos solo de tres de estas para describir el
estado, la cuarta puede obtenerse a partir de la
ecuación de estado, que se obtiene al conocer el
comportamiento experimental.
PROPIEDADES EMPÍRICAS DE LOS GASES
En 1662 Boyle realizó las primeras determinaciones
cuantitativas del comportamiento de los gases en relación con
la presión (p) y el volumen (V) y obtuvo que:
Ley de Boyle
El químico inglés Robert Boyle comprobó que el
volumen (V) de una cantidad dada de gas a
temperatura constante es inversamente proporcional
a su presión (P).
1
V
P
PROPIEDADES EMPÍRICAS DE LOS GASES
Gay-Lussac hizo mediciones del volumen (V) de una masa fija
de gas a presión constante y encontró que el volumen era una
función lineal de la temperatura
Ley de Charles y de Gay-Lussac
A presión constante, el volumen de una cantidad
dada de gas es directamente proporcional a la
temperatura absoluta:
V T
Ley de Avogadro
Amadeo Avogadro propuso que volúmenes iguales
de gases a la misma temperatura y presión contienen
el mismo número de moléculas.
V n
Ecuación de los Gases Ideales
De acuerdo con las ecuaciones anteriores el
volumen de un gas depende de la presión,
temperatura y número de moles, como sigue:
1
V
(con T y n constantes) (Ley de Boyle)
P
V  T (con P y n constantes) (Ley de Charles)
V  n (con T y P constantes) (Ley de Avogadro)
Ecuación de los Gases Ideales
Por lo tanto, V debe ser proporcional al
producto de estos tres términos, es decir:
nT
V
P
nT
V R
P
o
PV  nRT
Constante del Gas
R es una constante de proporcionalidad, este
valor se puede obtener experimentalmente de
la siguiente manera:
1 mol de gas ideal ocupa 22.414 L a 1 atm y
273.15 K (STP).
(1atm)(22.414 L)
Latm
R
 0.08206
(1mol )(273.15K )
Kmol
¿Por qué R es llamada la constante
universal de los gases?
Algunos Valores de R
ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
La ecuación del gas ideal es una relación entre cuatro
variables (p, V, T, n) que describen el estado de cualquier gas.
Las variables de esta ecuación se dividen en dos categorías:
Extensivas: n y V
Intensivas: p y T
Para el gas ideal podemos dividir V entre n y obtendremos V o
Vm, o sea, volumen por mol
El volumen molar no es proporcional a la masa, ya que al
establecer la razón entre V y n la masa se simplifica y el
volumen molar termina siendo una variable intensiva, de tal
manera que la ecuación del gas ideal queda expresada por
tres variables intensivas:
La presión p representa el estado mecánico de el sistema.
La temperatura absoluta T , el estado térmico del sistema.
El Volumen molar V el estado volumétrico.
Claramente habrá solo dos variables independientes (que
pueden seleccionarse arbitrariamente de las tres) cuyos
valores
permitirán obtener el valor de la tercera
(dependiente) a través de la ecuación de gas ideal.
• El gas ideal proporciona un primer indicio de la utilidad de
describir un sistema en términos de parámetros
macroscópicos.
• aunque tiene ciertos inconvenientes el no considerar el
carácter microscópico, por ejemplo no vale para gases a bajas
densidades.
• La ecuación de gas ideal es precisa para valores bajos de
presión y altos de temperatura.
• El gas ideal se caracteriza bajo dos suposiciones:
• Los átomos o moléculas no interactúan entre sí y se pueden
tratar como masas puntuales.
MEZCLAS DE GASES IDEALES
Para un mezcla de gases el gas ideal se puede expresar como:
Donde nt es el número total de moles de todos los gases.
Considerando una mezcla de tres gases en un recipiente con
volumen V, ejercerá una presión p
Si definimos la presión parcial de cada gas de la mezcla como
la presión que ejercería el gas si estuviese solo a volumen V y
temperatura T, las presiones parciales serían p1, p2 y p3