Instituto mixto por cooperativa de enseñanza tecnologico de suroriente... grupo N.5

FISICO QUIMICO

Instituto Mixto Diversificado Tecnológico del Suroriente

Integrantes:Everson Israel Orozco GrijalvaMitzie Yohaira García LemusNancy Yohana Gómez Peña

Carlos Estuardo Yuman GonzalesYordy Velásquez Oscal

Gases…

• Gas…

GAS…

• Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el sólido, el líquido y el gaseoso. Los sólidos tienen una forma bien definida y son difíciles de comprimir. Los líquidos fluyen libremente y están limitados por superficies que forman por sí solos. Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidos.

LEY DE LOS GASES IDEALES

• La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscópicos están asociados con el concepto de orden macroscópico. Las moléculas de un sólido están colocadas en una red, y su libertad está restringida a pequeñas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y solo están limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene.

• Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T). La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión. La ley de Charles y Gay-Lussac afirma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. La combinación de estas dos leyes proporciona la ley de los gases ideales pV = nRT (n es el número de moles), también llamada ecuación de estado del gas ideal. La constante de la derecha, R, es una constante universal cuyo descubrimiento fue una piedra angular de la ciencia moderna.

TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES

• Con la llegada de la teoría atómica de la materia, las leyes empíricas antes mencionadas obtuvieron una base microscópica. El volumen de un gas refleja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen. Más exactamente, la variable macroscópica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molécula. La presión de un gas, que puede medirse con manómetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad. La reducción de las variables macroscópicas a variables mecánicas como la posición, velocidad, momento lineal o energía cinética de las moléculas, que pueden relacionarse a través de las leyes de la mecánica de Newton, debería de proporcionar todas las leyes empíricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.

• La teoría física que relaciona las propiedades de los gases con la mecánica clásica se denomina teoría cinética de los gases. Además de proporcionar una base para la ecuación de estado del gas ideal, la teoría cinética también puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribución estadística de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad térmica, el coeficiente de difusión o la viscosidad.

Ecuación de Van der Waals• La ecuación de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se 

comportan exactamente así. En algunos casos, la desviación puede ser muy grande. Por ejemplo, un gas ideal nunca podría convertirse en líquido o sólido por mucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases ideales, pV = nRT. Una de ellas, muy conocida y particularmente útil, es la ecuación de estado de Van der Waals (p + a/v2)(v - b) = RT, donde v = V/n, y a y b son parámetros ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son parámetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varían de un gas a otro.

• La ecuación de Van der Waals también tiene una interpretación microscópica. Las moléculas interaccionan entre sí. La interacción es muy repulsiva a corta distancia, se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias más grandes. La ley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas. Por ejemplo, la repulsión mutua entre moléculas tiene el efecto de excluir a las moléculas vecinas de una cierta zona alrededor de cada molécula. Así, una parte del espacio total deja de estar disponible para las moléculas en su movimiento aleatorio. En la ecuación de estado, se hace necesario restar este volumen de exclusión (b) del volumen del recipiente; de ahí el término (v - b).

Johannes D. van der Waals El físico holandés Johannes Diderik van der Waals fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1910

Interesado en la termodinámica, Waals desarrolló una teoría que viene expresada en la ecuación de estado que lleva su nombre.

Transiciones de fase

• A temperaturas bajas (a las que el movimiento molecular se hace menor) y presiones altas o volúmenes reducidos (que disminuyen el espacio entre las moléculas), las moléculas de un gas pasan a ser influidas por la fuerza de atracción de las otras moléculas. Bajo determinadas condiciones críticas, todo el sistema entra en un estado ligado de alta densidad y adquiere una superficie límite. Esto implica la entrada en el estado líquido. El proceso se conoce como transición de fase o cambio de estado. La ecuación de Van der Waals permite estas transiciones de fase, y también describe una región de coexistencia entre ambas fases que termina en un punto crítico, por encima del cual no existen diferencias físicas entre los estados gaseoso y líquido. Estos fenómenos coinciden con las observaciones experimentales. En la práctica se emplean ecuaciones más complejas que la ecuación de Van der Waals.• La mejor comprensión de las propiedades de los gases a lo largo del último siglo ha llevado a la explotación a gran escala de los principios de la física, química e ingeniería en aplicaciones industriales y de consumo.

Cambios de estado

 La materia existe en diferentes fases o estados. Modificando la temperatura y la presión de una muestra de materia, ésta puede

pasar de uno de sus estados (sólido, líquido o gaseoso) a otro; se trata de una transición de fase o cambio de estado.

QUE CLASES DE GASES EXISTEN.

• Gases nobles, o gases inertes, serie de seis elementos químicos gaseosos que constituyen el grupo 18 (o VIIIA) del sistema periódico. Por orden creciente de masa atómica son: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón.

• Durante muchos años los químicos creyeron que esos gases eran inertes, porque sus capas exteriores estaban totalmente ocupadas por electrones. Es decir, no podían combinarse con otros elementos o compuestos. Se sabe que esto no es cierto, al menos para los cuatro gases nobles más pesados —argón, criptón, xenón y radón—. En 1962, Neil Bartlett, un químico inglés que trabajaba en Canadá, consiguió obtener el primer compuesto complejo de xenón. Su trabajo fue confirmado por científicos del Argonne National Laboratory de Illinois (Estados Unidos), que obtuvieron el primer compuesto simple de xenón y flúor (tetrafluoruro de xenón) y, más tarde, compuestos de criptón y radón. Aunque los compuestos de criptón se obtuvieron con considerable dificultad, tanto el xenón como el radón reaccionaban fácilmente con el flúor, y posteriormente pudieron realizarse reacciones para producir otros compuestos de xenón y radón. En el año 2000, científicos de la Universidad de Helsinki (Finlandia) anunciaron la obtención de un compuesto de argón.

• Las fuerzas entre los electrones externos de esos cuatro elementos y sus núcleos, son más débiles debido a la distancia y la presencia de los otros electrones. La energía obtenida al crear un fluoruro de xenón o radón es mayor que la energía necesaria para promover la reacción, por lo que los compuestos son químicamente estables, aunque los fluoruros y óxidos de xenón son oxidantes fuertes. La utilidad de los compuestos de radón es limitada porque el radón es radiactivo, y tiene una vida media de 3,82 días. La energía obtenida en el caso del criptón es sólo un poco mayor que la necesaria para promover la reacción. El compuesto de argón obtenido en 2000 se considera estable, aunque se formó a temperaturas muy bajas. Es poco probable que se lleguen a crear compuestos de helio o neón, pues sus electrones están más ligados a su núcleo.

• Los gases nobles licuados por compresión, especialmente el xenón, se usan como disolventes en espectroscopia infrarroja, debido a que son transparentes a la radiación infrarroja y por tanto no oscurecen el espectro de las sustancias disueltas.

• Gas natural,• mezcla de gases entre los que se encuentra en mayor proporción el metano. Se

utiliza como combustible para usos domésticos e industriales y como materia prima en la fabricación de plásticos, fármacos y tintes.

• La proporción en la que el metano se encuentra en el gas natural es del 75 al 95% del volumen total de la mezcla (por este motivo se suele llamar metano al gas natural). El resto de los componentes son etano, propano, butano, nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, helio y argón. Antes de emplear el gas natural como combustible se extraen los componentes más pesados, como el propano y el butano.

• Aunque existen yacimientos que proporcionan exclusivamente gas natural, éste va casi siempre asociado al petróleo en sus yacimientos, y sale a la superficie junto a él cuando se perfora un pozo. Sin embargo, el desarrollo del gas natural se realizó con posterioridad al uso del petróleo. El gas natural que aparecía en los yacimientos se quemaba como un residuo más, ya que, a pesar de su enorme poder calorífico, no se podía aprovechar por los problemas que plantea su almacenamiento y transporte. No puede ser licuado simplemente bajo presión porque su temperatura crítica, 190 K, es muy baja y, por tanto, debe ser enfriado hasta temperaturas inferiores a ella antes de licuarse (véase Punto crítico). Una vez licuado debe ser almacenado en contenedores muy bien aislados, y su transporte se realiza por tuberías fabricadas con materiales y soldaduras especiales para resistir grandes presiones.

 Características de un gas.

• los gases son compresibles: se pueden comprimir y también expandir y ocupar la totalidad del recipiente (ocupar mayor o menor volumen, si no entiendes busca en el enlace)baja densidadatracciones intermoleculares nulas (las moléculas que lo componen no están unidas entre si de ninguna forma)las partículas del gas siempre están en constante movimiento, chocando contra las paredes del recipiente que las contiene o entre ellas mismas

eso de que no se pueden ver es una tonteria, el vapor de agua que sale de las ollas al cocinar también es un gas y mira como lo vemos!

•  • Con alguna aproximación cumplen la relación

p V = n R T

en donde p es la presión, V el volumen, T la temperatura absoluta (i.e. en Kelvins), n el número de moles, y R una constante, llamada constante universal de los gases.

PRESION DE UN GAS• Presión de un gas[editar · editar fuente]• En el marco de la teoría cinética, la presión de un gas es explicada como el resultado 

macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas.

• En efecto, para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V, las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área, que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.

• La presión puede calcularse como:• (gas ideal)• Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de calcular la 

presión de un gas sino porque relaciona una variable macroscópica observable, la presión, con la energía cinética promedio por molécula, 1/2 mvrms², que es una magnitud microscópica no observable directamente. Nótese que el producto de la presión por el volumen del recipiente es dos tercios de la energía cinética total de las moléculas de gas contenidas.

LEY DE BOYLE MARIOTTE (LEY DE CHARLES Y

GAY LUSSAC).• La ley de Boyle-Mariotte, descubierta a 

mediados del siglo XVII, afirma que el volumen de un gas varía inversamente con la presión si se mantiene constante la temperatura. La ley de Charles y Gay-Lussac, formulada alrededor de un siglo después, afirma que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta si la presión se mantiene constante.