ESTEQUIOMETRIA II - mery-fisica

QUÍMICA
ESTEQUIOMETRÍA II
ESTEQUIOMETRIA II
LEYES VOLUMÉTRICAS Ó ESTUDIO DE LOS GASES
1. INTRODUCCIÓN
Estados de la materia.- A materia se halla en cuatro estados fundamentales: Sólido, Líquido,
gaseoso y plasmático.
Sólido.- Tienen forma definida, las fuerzas de cohesión entre las partículas son mucho mayores en
comparación a las fuerzas de repulsión.
Líquido.- Tienen volumen definido, pero forma variable; las moléculas se atraen entre ellas, por las
llamadas fuerzas de cohesión.
Gaseoso.- Tienen forma y volumen variable, las fuerzas de repulsión entre sus moléculas son
mucho mayores que las fuerzas de cohesión. A velocidad con que se mueven las moléculas son
proporcionales a la temperatura.
Plasmático.- Es el estado más abundante de la materia, es un sistema que se halla a elevadas
temperaturas, unos 2x105K, están constituidos de iones y partículas subatómicas; esta de materia la
encontramos en el interior de las estrellas. El sol es una de las estrellas de nuestra galaxia.
2. CONCEPTO DE GASES.- Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene
forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con
poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se
expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las
fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.
3. PROPIEDADES GENERALES DE LOS GASES.- Las principales propiedades generales del
estado gaseoso son las siguientes:
 Se comprimen fácilmente cuando sobre ellas se ejercen una presión.
 Se expanden sin límite, es decir, llenan totalmente el espacio donde se hallan contenidos.
 Se difunden o mezclan espontáneamente unos con otros.
 No tienen forma ni volumen propio, adquieren la del recipiente donde se hallan contenidos.
4. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
TEMPERATURA.- Es una propiedad extensiva de la materia que mide el grado del movimiento
molecular. La temperatura es la medida del flujo o grado de calor de una sustancia.
¿Cómo se mide la temperatura de los gases?
Los termómetros son instrumentos para medir la temperatura.
Escalas termométricas
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1) Escalas relativas.-Son aquellas que toman como puntos de referencias, propiedades físicas de
algún cuerpo. Y son: La Celsius y Farenheit.
2) Escalas absolutas.- Son aquellas que toman como punto de referencia el cero absoluto.
El cero absoluto es la temperatura teórica a la cual cesa todo movimiento molecular en cualquier
escala absoluta, equivale a cero.
Relación entre escalas de temperatura:
C O F  32 K  273 R  492



5
9
5
9
O
VOLUMEN.- El volumen es el espacio que ocupa una determinada porción de sustancia. Los gases
ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran.
¿Cómo se mide el volumen de los gases?
Se utiliza instrumentos volumétricos como la probeta, etc
Unidades del volumen.- La unidad del volumen es el litro (l), pero existen diferentes equivalencias
como:
1 m3  1000l
;
1l  1000ml  1000cm3  1000cc  1 dm3
PRESIÓN.- Es la fuerza que ejercen las moléculas por los choques sobre las paredes del recipiente
que lo contiene determina la presión del gas. El número de choques es proporcional a la temperatura.
Los gases de la atmósfera ejercen presión sobre la superficie terrestre; a esta presión se la denomina
Presión Atmosférica
¿Cómo se mide la presión de los gases?
Hay varios instrumentos para determinar la presión de un gas:



El Manométricos: Se emplea en las estaciones de servicio para medir a Presión del aire en
los neumáticos de los vehículos.
El Barómetro: Mide la Presión Atmosférica.
Los Diales: Son los que llevan los cilindros del gas.
¿Quién midió por primera vez la presión?
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Fue Torricelli, su experimento lo realizo a nivel del mar (0m de altitud).
Materiales Usados
a) Tubo llenó de mercurio de cm2 de área y de 1m de longitud.
b) Una vasija semillena de mercurio (Hg).
Experimento
El tubo de mercurio (Hg) invirtió sobre la vasija hasta estabilizarlo, luego observó dicho
equilibrio ocurría a 76 cm (ó 760mm). En el tubo de mercurio (Hg). Como se ve en la figura:
¿A qué concusión llegó Torriceli?
Que la atmósfera ejerce una presión equivalente a o que ejerce una columna de 76 cm (ó 760 mm)
de mercurio (Hg). Mejor dicho:
1Atm  760mmHg
En honor a Torricelli, se quedo que la presión que ejerce una columna de 1mm de Hg se
denomina 1 Torriceli (ó 1 Torr). Por tanto:
1m m Hg 1Torr
Las equivalencias son: 1Atm  760m m Hg 760Torr  14.7
lb
Kgf
 101.33Kpa  1.033
pu lg 2
cm2
5. TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR
Las propiedades del estado gaseoso. Los postulados fundamentales de la misma son:
a) Los gases están constituidos por moléculas que se encuentran ampliamente separados unas
de otras por un espacio vacío.
b) Una molécula gaseosa es un punto pequeño en medio de un gran espacio. Por eso, El
volumen de las moléculas gaseosas es despreciable.
c) En los gases no existen fuerzas de atracción entre las moléculas.
d) Las moléculas de un gas que se mueven a altas velocidades, al azar en todas direcciones;
describen trayectorias rectas, chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que las
contiene.
e) Los choques de las moléculas son elásticas, por lo cual no existe pérdida de energía.
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6. LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES IDEALES
a. LEY DE BOYLE - MARIOTTE.- “A temperatura constante, el volumen de un
determinado gas es inversamente proporcional a su presión; es decir a mayor presión menor
volumen a menor presión mayor volumen”. Se denomina proceso Isotérmico.
Representación matemática:
1
P
1
VK
P
V 
  K  Con tante de proporcionalidad

V PK
PROCESO
T=Cte
ESTADO I
V1 P1  K
ESTADO II
V2 P2  K
V1 P1  V2 P2
Ley de Boyle:
V1 V2

P2 P1
Representación gráfica:
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b. LEY DE CHARLES.- “A presión constante, el volumen de un determinado gas es
directamente proporcional a la temperatura absoluta, es decir; a mayor temperatura mayor
volumen a menor temperatura menor volumen”. Se denomina proceso Isobárico.
Representación matemática:
V  T
VKT

  K  Con tante de proporcionalidad
V
K
T
PROCESO
P=Cte.
ESTADO I
V1
K
T1
ESTADO II
V2
K
T2
V1 V2

T1 T2
Ley de Charles:
V1T2  V2T1
Representación gráfica:
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c. LEY DE GAY LUSSAC.- “A volumen constante, la presión de un gas es directamente
proporcional a la temperatura absoluta; es decir, a mayor temperatura mayor presión, a
menor temperatura menor presión”. Se denomina proceso Isocórico o Isométrico.
Representación matemática:
P  T
PK T

  K  Con tante de proporcionalidad
P
K
T
PROCESO
V=Cte.
ESTADO I
P1
K
T1
ESTADO II
P2
K
T2
P1T2  P2T1
Ley de Gay Lussac:
P1 P2

T1 T2
Representación gráfica:
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d. LEY COMBINADA.- “El volumen de un gas es directamente proporcional a la
temperatura absoluta e inversamente proporcional a la presión”
Representación matemática:
V1 P1  V2 P2
 Ley de Boyle:

V1 V2

T1 T2
Ley de Charles:
…………… (2)
P1 P2

T1 T2
 Ley de Gay Lussac:
………….. (1)
…………… (3)
Multiplicando (1), (2) y (3) miembro a miembro, se tiene:
V1  P1
2
T1
2
2
V2  P2
2

T2
Ley combinada:
2
2
 Cte.
; extrayendo raíz cuadrada
V1  P1 V2  P2

T1
T2
V1P1T2  V2 P2T1
Representación gráfica:
T2 >T1
P2 – P3
P1
T2
T1
V2
V1 V3
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e. LEY DE DALTON.- “En una mezcla gaseosa que no reacciona químicamente, la presión
total es la suma de las presiones parciales que cada uno de los gases ejercía
independientemente de los otros”
PT  P1  P2  P3  .......
f. LEY DE LOS GASES IDEALES: ECUACIÓN DE ESTADO.- Claus Clapeyrón,
relacionando las leyes de Boyle, Charles y el principio de Avogadro, obtiene una expresión
que relaciona simultáneamente las cuatro variables: volumen (V), temperatura (T) y el
número de moles (n). El número de moles (n) permanece constante. Dicha expresión es:
Representación matemática:
De acuerdo a la ecuación Combinada, se tiene:
V P
 Cte.
T
; sea Cte. = R
PV  RT
Para 1 mol
PV  nRT
n
Pero :
V P
R
T
Para “ n” moles
m
M

PV 
m
RT
M
Donde R= constante universal de los gases tiene un valor de:
 Atm  l 
 Torr  l 
R  0.082
 62.4

 m ol K 
 m ol K 
Deducción de los valores de R:
Supongamos que se tiene de 1 mol de gas en Condiciones Normales (CN)
n = 1 mol
P = 1 Atm
Reemplazando en la ecuación general de los gases ideales:
PV  nRT
T = 273 K
V = 22.4 l
R
1Atm  22 .4l
1mol  273 K
R
P V
nT
 Atm  l 
R  0.082

 m ol K 
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