9na Unidad

Gases 💨

Los gases son uno de los estados de agregación de la materia. En este estado las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades. Hay varias características de los gases que son familiares para todo el mundo. Los gases no tienen forma ni volumen propio se expanden hasta llenar y adoptar las formas de los recipientes que los contienen. Los gases se difunden unos en otros y se mezclan en todas las proporciones. No podemos ver las partículas individuales de un gas, aunque podemos apreciar si la masa de gas tiene color como por ejemplo el Cl2(g) es un gas amarillo verdoso, el Br2(g) es un gas gas rojo pardusco, y el I2(g) es un gas violeta. No obstante, la mayor parte de los gases comunes como H2, O2, N2, CO y CO2, son incoloros.

Que son los gases nobles?

• Leyes de los Gases. 

Ley de Avogadro:

La Ley de Avogadro es una ley de los gases que relaciona el volumen y la cantidad de gas a presión y temperaturas constantes.

En 1811 Avogadro realiza los siguientes descubrimientos:

• A presión y temperatura constantes, la misma cantidad de gas tiene el mismo volumen independientemente del elemento químico que lo forme
• El volumen (V) es directamente proporcional a la cantidad de partículas de gas (n)

Por lo tanto: V₁ / n₁ = V₂ / n₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

• Si aumenta la cantidad de gas, aumenta el volumen
• Si disminuye la cantidad de gas, disminuye el volumen

Ley de Boyle:

La Ley de Boyle es una ley de los gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas a temperatura constante. 

En 1662 Boyle descubrió que la presión que ejerce un gas es inversamente proporcional a su volumen a temperatura y cantidad de gas constante: P = k / V → P · V = k  (k es una constante).

Por lo tanto: P₁ · V₁ = P₂ · V₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

• Si la presión aumenta el volumen disminuye 
• Si la presión disminuye el volumen aumenta

Ley de Charles:

La Ley de Charles es una ley de los gases que relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas a presión constante. 

En 1787 Charles descubrió que el volumen del gas a presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta (en Kelvin): V = k · T (k es una constante).

Por lo tanto: V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

• Si la temperatura aumenta el volumen aumenta
• Si la temperatura disminuye el volumen disminuye

La ley de Gay-Lussac:

La Ley de Gay-Lussac es una ley de los gases que relaciona la presión y la temperatura a volumen constante.

En 1802 Gay-Lussac descubrió que a volumen constante, la presión del gas es directamente proporcional a su temperatura (en grados Kelvin): P = k · T (k es una constante).

Por lo tanto: P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

• Si la temperatura aumenta la presión aumenta
• Si la temperatura disminuye la presión disminuye

• Ecuación del Gas Ideal

Ley de los Gases Ideales:

Los gases ideales poseen las siguientes propiedades:

• Las moléculas del gas se mueven a grandes velocidades de forma lineal pero desordenada
• La velocidad de las moléculas del gas es proporcional a su temperatura absoluta
• Las moléculas del gas ejercen presión sostenida sobre las paredes del recipiente que lo contiene  
• Los choques entre las moléculas del gas son elásticas por lo que no pierden energía cinética
• La atracción / repulsión entre las moléculas del gas es despreciable

Para estos gases ideales se cumple la siguiente ley:

P · V = n · R · T 

Donde P es la presión (en atmósferas), V el volumen (en litros), n son los moles del gas, R la constante universal de los gases ideales (0,0821 l·atm·K^-1·mol^-1) y T la temperatura absoluta (en grados Kelvin).

Ejercicios Resuelto de la Ley de los Gases Ideales:

• Ejercicio 1: calcular el volumen de 6,4 moles de un gas a 210ºC sometido a 3 atmósferas de presión. Solución:

• Estamos relacionando moles de gas, presión, temperatura y volumen por lo que debemos emplear la ecuación P · V = n · R · T 
• Pasamos la temperatura a Kelvin: 210ºC = (210 + 273) ºK = 483ºK
• V = n · R · T / P = 6,4 moles · 0,0821 · 483ºK / 3 atm. = 84,56 litros

• Ejercicio 2: calcular el número de moles de un gas que tiene un volumen de 350 ml a 2,3 atmósferas de presión y 100ºC. Solución:

• Estamos relacionando moles de gas, presión, temperatura y volumen por lo que debemos emplear la ecuación P · V = n · R · T 
• Pasamos la temperatura a Kelvin: 100ºC = (100+ 273) ºK = 373ºK
• n = (P · V) / (R · T) = (2,3 atm. · 0,35 l.) / (0,0821 · 373ºK) = 0,0263 moles

 • Estequiometría de los gases. 

La estequiometría de gases se aplica en aquéllos casos en ,los que interviene un gas o varios en la reacción, se dispondrá de datos volumínicos para determinar el volúmen de algún componente.
Hay tres tipos de problemas de Estequiometría de gases:
Moles-Volúmen (o Volúmen-Moles)
Peso-Volúmen (o volúmen-peso)
Volúmen-Volúmen
1. Estequiometría. Moles-Volúmen.
Si nos dan los moles de cada componente y se desea hallar el volúmen de cada uno en la muestra, nos deben de informar de temperatura y presión a la que tiene lugar el proceso.

Estequiometria de los Gases

• Ley de Dalton de las presiones parciales

Ley de Dalton:

La Ley de Dalton (o Ley de Proporciones Múltiples) es una ley de los gases que relaciona las presiones parciales de los gases de una mezcla. 

En 1801 Dalton descubrió que: 

• La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que ejercen cada uno de los gases que la componen.

A la presión que ejerce cada gas de la mezcla se denomina Presión Parcial. Por lo tanto esta ley se puede expresar como:

P_Total = p₁+p₂+...+p_n

Donde p₁, p₂, ..., p_n son las presiones parciales de cada uno de los gases de la mezcla. 

Ejercicios Resuelto de la Ley de Dalton:

Ejercicio: calcular la presión de una mezcla de los siguientes gases contenidos en un recipiente de 2 litros a 100ºC:

• 20 gramos de O₂
• 20 gramos de H₂
• 20 gramos de CO₂

Solución: para resolver este ejercicio vamos a combinar la Ley de Dalton y la Ley de los gases ideales (P·V=n·R·T):

• P_Total = p₁+p₂+...+p_n = n₁·R·T/V + n₂·R·T/V + ... + n₃·R·T/V = (R·T/V) · (n₁+n₂+...+n_n)
• Entonces calculamos los moles de cada uno de los gases:
• 20 gramos de O₂ = 20 / 32 = 0,625 moles
• 20 gramos de H₂ = 20 / 2 = 10 moles
• 20 gramos de CO₂ = 20 / 44 = 0,454 moles
• La suma de los moles de gases es: 
• n= 0,625 +10 + 0,454 = 11,08 moles
• P_Total = (R·T/V) · (n₁+n₂+n₃) = (0,0821 · 373 / 2) · 11,08 = 169 atmósferas

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