LABORATORIO VIRTUAL DE GASES
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo tiene como objetivo un significativo aprendizaje sobre las leyes de los gases (Ley de Boyle, Ley de Charles, ley de Gay Lussac y ley combinada de los gases) reuniendo todos los conocimientos teóricos básicos sobre las propiedades y teoría cinética de los gases, las relaciones entre presión, volumen y temperatura, las leyes que se establecen partiendo de las relaciones que rigen su comportamiento, las magnitudes y unidades que se deben utilizar para poder solucionar problemas de aplicación.
OBJETIVOS
- Estudiar y experimentar algunas propiedades y leyes fundamentales que explican el comportamiento de los gases ideales.
- Reconocer cada una de las leyes de los gases.
- Reconocer y solucionar ejercicios con cada una de las leyes.
MARCO TEÓRICO
GASES
En el estado gaseoso, la materia se encuentra en forma dispersa. La facilidad de comprimir un gas no indica que sus átomos o sus moléculas se hallan a gran distancia unas de otras, teniendo en cuenta el tamaño de las partículas. El volumen esta muy relacionado con los cambios de presión y temperatura. Como el gas no presenta forma y volumen propio. tiende a ocupar uniformemente el recipiente que lo contiene.
Tanto las moléculas de los gases como de los líquidos, presentan la propiedad de deslizarse de manera continua, con lo cual cambian frecuentemente sus posiciones relativas, por esta rozan se le denomina fluidos.
Las partículas se mueven con mayor libertad en el estado gaseoso que en los otros estados en que regularmente se representa la materia.
CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES
1. Sus partículas no están unidas
Una de las principales características de los gases es que las partículas o moléculas que los componen no están unidas ni atraídas entre sí. Se diferencian de los sólidos, en los cuales las moléculas están unidas y no intercambian su posición entre sí.
Al contrario de ello, en los gases, las moléculas presentan una interacción débil entre ellas, estando muy dispersas entre ellas. Además, su movimiento es desordenado, constante y a gran velocidad.
Las partículas dentro de los gases se encuentran en un estado de caos en el que la gravedad no tiene ningún efecto en ellas. No presentan un desorden absoluto, pero sí en gran medida.
2. No tienen forma definida
Al estar las partículas del gas dispersas entre sí, las distancias que las separan entre ellas son sumamente grandes en comparación con el tamaño de las mismas.
Esta propiedad produce que los gases tiendan a ocupar todo el espacio del recipiente en el que se encuentren, adquiriendo su misma forma. El gas no tiene una forma definida, porque por su naturaleza adquiere la forma del espacio en el que se encuentre.
Al ingresar una masa gaseosa dentro de un contenedor de cierto tamaño y forma, sus partículas, en estado de desorden y moviéndose a gran velocidad, pasarán a abarcar todo el espacio dentro de él para continuar en su mismo estado.
3. Ocupan mayor volumen que los sólidos y líquidos
Como producto de todas las propiedades anteriormente mencionadas, los gases también tienen la característica de que ocupan un mayor espacio –o poseen un volumen mayor- que los sólidos y los líquidos.
Los sólidos tienen un volumen propio, es decir, su volumen está determinado por sus mismos componentes, que no cambian de posición.
En cambio, en los gases, por estar las partículas distanciadas entre sí, su volumen está determinado por el espacio en el que se encuentren, que siempre es mayor al tamaño total de sus partículas.
4. Tienen baja densidad
En la materia que se encuentra en estado gaseoso, el nivel de densidad es mucho más bajo que en aquellas que se encuentran en estado líquido o sólido.
Recordemos que la densidad es la masa que existe en una unidad de volumen. Al estar las moléculas que conforman la materia gaseosa separadas y dispersas entre sí, la cantidad de moléculas –o de materia- existente en una cantidad de volumen determinada es mucho menor que en los estados líquidos y sólidos.
5. Son fácilmente comprimibles
Como en los gases las moléculas tienen una gran distancia que las separa unas de otras, pueden ser comprimidos con gran facilidad –a diferencia de los sólidos-.
6. Existen diferentes tipos
Algunos tipos de gases, clasificados de acuerdo a su uso, son los siguientes:
- Gases combustibles: son aquellos gases cuyos componentes funcionan como combustibles, por lo cual son utilizados para la producción de energía térmica. Algunos de ellos son el gas natural, el gas licuado de petróleo y el hidrógeno.
- Gases industriales: son aquellos gases manufacturados, que se comercializan al público para distintos usos y aplicaciones, como por ejemplo para los sectores de la salud, la comida, protección ambiental, metalurgia, industria química, seguridad, entre otros. Algunos de estos gases son el oxígeno, nitrógeno, helio, cloro, hidrógeno, monóxido de carbono, propano, metano, óxido nitroso, entre otros.
- Gases inertes: son aquellos gases que bajo condiciones de temperatura y presión específicas, no generan ninguna reacción química o una muy baja. Son el neón, argón, helio, kriptón y el xenón. Se utilizan en procesos químicos en los que son necesarios elementos no reactivos.
7. Son considerados fluidos
Los gases, en conjunto con los líquidos, son considerados fluidos debido al comportamiento de las moléculas que los componen.
La principal característica de los fluidos es que sus moléculas no están cohesionadas, y por tanto, no tienen una posición fija ni una forma estable, sino que ésta se adapta al espacio donde se encuentren.
Las moléculas de los fluidos tienen la capacidad de cambiar su posición cuando una fuerza es aplicada a ellas, movimiento al que se le denomina “fluidez”. Por ello, el gas es considerado un fluido.
8. Son químicamente activos
La rápida velocidad a la que se mueven y chocan entre sí las moléculas en el estado gaseoso hace que el contacto entre distintas sustancias pueda darse más fácilmente.
Por ello, se tiende a pensar que el gas es químicamente activo, ya que al unir varias sustancias en estado gaseoso aumenta la velocidad en la que entran en contacto, y por lo tanto, aumenta la velocidad en la que generan una reacción química.
PROPIEDADES DE LOS GASES
1. Se adaptan al volumen y el volumen del recipiente que los contiene.
2. Se dejan comprimir con facilidad.
3. Se difunden fácilmente.
4. Se dilatan con gran facilidad.
VOLUMEN
El volumen es el espacio que ocupa un sistema. Recuerda que los gases ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. Decir que el volumen de un recipiente que contiene un gas ha cambiado es equivalente a decir que ha cambiado el volumen del gas.
En el laboratorio se utilizan frecuentemente jeringuillas como recipientes de volumen variable cuando se quiere experimentar con gases.
Hay muchas unidades para medir el volumen. En este trabajo usaremos el litro (L) y el mililitro (mL)
Su equivalencia es:
1L = 1000 mL
Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el cm3 son unidades equivalentes.
PRESIÓN
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente. Sin, embargo en química, para expresar presiones de gases, se usa la atmósfera estándar y el milímetro de mercurio o torr.
Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo es mayor.
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).
LEY DE BOYLE
Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante
Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
El volumen es inversamente proporcional a la presión:
- Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
- la presión disminuye, el volumen aumenta.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.
Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
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.
LEY DE GAY-LUSSAC
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.
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.
GASES IDEALES
Los gases ideales es una simplificación de los gases reales que se realiza para estudiarlos de manera más sencilla. En sí es un gas hipotético que considera:
La ecuación del gas ideal se basa condensa la ley de Boyle, la de Gay-Lussac, la de Charles y la ley de Avogadro: PV=nRT
Donde:
P= es la presión del gas
V = el volumen del gas
n= el número de moles
T= la temperatura del gas medida en Kelvin
R= la constante de los gases ideales
LABORATORIO
- SALA DE BOYLE
- SALLA DE CHARLES
EJERCICIOS
- BOYLE
1.
2.
3.
4.
5.
- CHARLES
1.
2.
3.
4.
5.
- GAY - LUSSAC
1.
2.
3.
4.
5.
GASES IDEALES
1.
2.
3.
4.
5.
CONCLUSIONES
- La ley de Boyle establece que el volumen de una determinada cantidad de gas ideal, cuando la temperatura y cantidad de sustancia se mantiene constante, es inversamente proporcional a la presión que ejerce sobre el gas.
- La ley de Charles establece que a presión constante y cuando la cantidad de sustancia es constante, el volumen de una masa de gas varía directamente con la temperatura absoluta.
- La ley de Gay-Lussac relaciona la variación de la presión con la temperatura cuando se mantienen constantes el volumen y la cantidad de sustancia.
WEBGRAFIA
- http://www.educaplus.org/gases/lab_graham.html
- https://www.fisic.ch/contenidos/termodin%C3%A1mica/ley-de-los-gases-ideales/
- https://www.lifeder.com/caracteristicas-de-los-gases/
BUEN TRABAJO 5.0
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