densidad: octubre 2016

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INTRODUCCIÓN:

La presente entrada tiene como objetivo mostrarle lo que son los Gases, así como sus leyes y aplicaciones las cuales se han implementado a lo largo dela historia.Le permitirá identificar que son los gases, de donde surgen y cuáles son sus aplicaciones en la vida diaria de los seres humanos. Un gas es el estado de la materia en que las sustancias no tienen volumen ni forma propia si no que se adaptan al recipiente que los contiene. Las moléculas de un gas no tiene fuerza de atracción, por lo tanto en cualquier recipiente sin importar su tamaño, el gas lo ocupara completamente puesto que poseen propiedades por las cuales se pueden expandir.

A continuación se profundizara en el tema y despejáremos todas las dudas e inquietudes.

Antes de entrar de lleno en el estudio de las leyes que explican el comportamiento de los gases , veremos también cómo influyen en este los eventos físicos que los alteran y que son: temperatura, presión y volumen , además de la cantidad de que se trate.

OBJETIVOS:

Brindar un patrón para explicar las propiedades de los gases, términos de los movimientos de las partículas y de las fuerzas de atracción que existen entre estas
Conocer cuáles son las leyes de los gases cuáles son sus fórmulas quienes las crearon entre otras cosas
Analizar si los gases son más de beneficio o perjuicio para la humanidad en la actualidad.

MARCO TEÓRICO:

ESTADOS DE AGREGACION

Los estados de agregación, sólido, líquido y gaseoso, dependen fundamentalmente de las condiciones de presión y temperatura a las que esté sometida la materia

	En el estado sólido los átomos o moléculas ocupan posiciones fijas aunque se encuentran vibrando en esas posiciones con una capacidad de movimiento limitada.
	En el estado líquido la fuerza de cohesión que mantiene unidas a las moléculas es mucho menor. En un líquido las moléculas tienen una cierta capacidad de movimiento que, en gran medida, está limitada por las otras moléculas que tienen alrededor.
	En un gas las moléculas se encuentran muy lejanas unas de otras y se mueven en todas direcciones con libertad absoluta.

TEMPERATURA

Según la teoría cinética, la temperatura es una medida de la energía cinética media de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. Dado que la energía cinética depende de la velocidad, podemos decir que la temperatura está relacionada con las velocidades medias de las moléculas del gas.

Hay varias escalas para medir la temperatura; las más conocidas y utilizadas son las escalas Celsius (ºC), Kelvin (K) y Fahrenheit (ºF). En este trabajo sólo utilizaremos las dos primeras.

300400-200-1000100200-400-300-200-1000100200300

°C

°F

¿Cómo se calibra un termómetro?

Mientras se está produciendo un cambio de estado la temperatura permanece constante y por ello consideramos los cambios de estado del agua (a 1 atm) como puntos de referencia.

	Punto de fusión del agua: La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase sólida y la temperatura permanece constante. Los valores otorgados a este punto en cada escala son: Celsius: 0 Kelvin: 273.15 Fahrenheit: 32

	Punto de ebullición del agua: La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase gaseosa y la temperatura permanece constante. Los valores otorgados a este punto en cada escala son: Celsius: 100 Kelvin: 373.15 Fahrenheit: 212

En el intervalo de temperatura comprendido entre los puntos de fusión y ebullición, el agua permanece líquida. Este intervalo se divide en 100 partes en las escalas Celsius y Kelvin, mientras que en la escala Fahrenheit se divide en 180 partes.

Presión = 1 atm	P.F. del agua	P.E. del agua	Divisiones
Escala Celsius	0	100	100
Escala Kelvin	273.15	373.15	100
Escala Fahrenheit	32	212	180

Relación entre las escalas

T(K) = T(°C) + 273.15

T(°F) = T(°C)·1.8 + 32

Recuerda:

En los cálculos que vamos a realizar en este trabajo SIEMPRE habrá que expresar la temperatura en kelvin.

PRESION

En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

P=FS

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa)

1Pa=1Nm2

V = S \cdot h

Otra unidad muy utilizada para medir la presión, aunque no pertenece al Sistema Internacional, es el milímetro de mercurio (mm Hg) que representa una presión equivalente al peso de una columna de mercurio de 1 mm de altura. Esta unidad está relacionada con la experiencia de Torricelli que encontró, utilizando un barómetro de mercurio, que al nivel del mar la presión atmosférica era equivalente a la ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura.

En este caso la fuerza se correspondería con el peso (

m \cdot g

) de la columna de mercurio por lo que

P = m \cdot g S

Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad por el volumen (

m = d \cdot V

), si sustituimos será:

P = d \cdot V \cdot g S

LEY DE CHARLES:

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:

Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.

Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

LEY DE GAY-LUSSAC:

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

\frac{P}{T} = k

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

\frac{P_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2}}{T_{2}}

que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

LEY DE LOS GASES IDEALES:

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

El estado de una cantidad de gas se determina por su presión, volumen y temperatura. La forma moderna de la ecuación relaciona estos simplemente en dos formas principales. La temperatura utilizada en la ecuación de estado es una temperatura absoluta: en el sistema SI de unidades, kelvin, en el sistema imperial, grados Rankine.⁷

Forma común[editar]

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

P\cdot V=n\cdot R\cdot T\,\!

Donde:

$P\!$ $P\!$ = Presión absoluta
$V\!$ $V\!$ = Volumen
$n\!$ $n\!$ = Moles de gas
$R\!$ $R\!$ = Constante universal de los gases ideales
$T\!$ $T\!$ = Temperatura absoluta

ECUACION GENERAL:

Partiendo de la ecuación de estado:

P\cdot V=n\cdot R\cdot T

Tenemos que:

{\frac {P\cdot V}{n\cdot T}}=R

Donde R es la constante universal de los gases ideales, luego para dos estados del mismo gas, 1 y 2:

{\frac {P_{1}\cdot V_{1}}{n_{1}\cdot T_{1}}}={\frac {P_{2}\cdot V_{2}}{n_{2}\cdot T_{2}}}=R

Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles «n» es constante), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

El producto PV es directamente proporcional a la temperatura del gas y si T es constante, P y V son inversamente proporcionales.