Cinética de los Gases Ideales

 

"Nuestro sol, al igual que otras estrellas, son enormes masas de gas, ardiendo a elevadas temperaturas"

Presión, Volumen y Temperatura, son las variables que describen el comportamiento del estado gaseoso, desde el análisis de la teoría cinética de los gases ideales.

 

Como ya se estudio anteriormente, se considera que el estado de agregación molecular conocido como gaseosos o gas; se caracteriza porque las moléculas que forman las sustancias, presentan una elevada energía cinética (alta entropía), como resultado de lo anterior, las moléculas que lo forman que se consideran como si fuesen diminutas partículas, se mueven constantemente chocando entre si y con las paredes del recipiente que las contiene, es lo que se denomina expansibilidad. Cuando dos cuerpos chocan, parte de la energía de dicha colisión, se pierde en forma de calor, al hablar de gases ideales considera que el choque entre partículas es perfectamente elástico, con lo cual se desprecia el valor de la energía disipada, y por lo tanto el comportamiento de sus variables, cumple con los enunciados de las leyes que los estudia; en la naturaleza no siempre se presentan las condiciones para que un gas tenga ese comportamiento ideal. Desde el análisis que hace la teoría cinética de los gases, el movimiento de estas partículas a gran velocidad, es en línea recta; los choque entre ella y las paredes del recipiente son de tipo elástico; al incrementar la temperatura de este sistema, aumenta también la energía cinética es decir la velocidad y el número de colisiones.

Temperatura y solubilidad: solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia de disolverse en un medio determinado (solvente) En los gases la capacidad de disolverse disminuye con el incremento de la temperatura.

Presión y solubilidad: 

¿Por qué se envasan las bebidas?

¿Qué gas contiene una gaseosa y por qué al quitar la tapa del envase se presenta ese característico burbujeo?

"Breve historia de la gaseosa:  en el remoto año de 1741, el inglés William Browning llevó a cabo un proceso que hoy estaría catalogado bajo el manto de «jugar a los experimentos». Ni corto ni perezoso inyectó ácido carbónico en un envase con agua mineral y esperó la reacción. En cuestión de segundos el líquido empezó a burbujear y ya no pudo redimir el deseo de echar un trago. El resultado, o más bien el sabor, debió ser satisfactorio pues a partir de ahí decidió repetir el procedimiento y embotellarlo con fines comerciales. Casi sin querer, acababa de nacer la gaseosa. Al principio todo quedó en mero experimento, en curiosidad que atraía a la gente, que se acercaba al prodigio con ciertos reparos y reticencias. Nadie estaba dispuesto a experimentar el sabor de aquella bebida, a pesar de que su inventor hacía demostraciones, bebiéndola él en público, haciendo mil alabanzas al respecto de su sabor, e incluso de sus cualidades medicinales; el primer uso de la gaseosa llegó por prescripción médica. «En 1807, el médico norteamericano, padre de la cirugía en su país, Philip Syng Physic, encargó a un químico amigo suyo la preparación de un agua carbónica para cierto paciente aquejado de dolencias estomacales. Para hacer más grato el preparado, disolvió en él un edulcorante de sabor agradable. El éxito del brebaje fue fulminante. Así, con el producto ya creado, solo hizo falta una inyección económica para comercializar el producto. Este honor recayó en John Mathew, que en 1832 inventó un sistema para saturar el agua con gas carbónico y de esta forma popularizó un brebaje que pronto recibió el nombre de agua con burbujas" Fuente: https://www.madridiario.es/historia-de-gaseosa-y-sifon-en-espana-a-traves-de-1-000-botellas-y-envases

Características como la temperatura de un gas, la presión que ejerce sobre las paredes del recipiente y en consecuencia el volumen ocupado, fueron objeto de estudio de científicos como   Boyle, Gay-Lussac y Charles. Con lo cual se establecen las expresiones científicas que hacen parte de esta teoría cinética de los gases.

 

Ley de Boyle - Mariotte

Es el análisis entre la presión y el volumen. A Mayor presión menor volumen. Si se reduce la presión sobre un globo, éste se expande, es decir aumenta su volumen. Por otro lado, si el volumen de un gas se comprime, es a consecuencia de un incremento en la presión. El químico Robert Boyle (1627 - 1697) y casi que, al mismo tiempo en Francia, Edme Mariotte (1620-1684), establecieron la relación entre la presión de un gas y su volumen. La ley, indica: El volumen de una determinada cantidad de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que ejerce. 

Esto se resume en la siguiente expresión: 

P₁ X V₁ = P₂ X V₂

Ley de Charles

Esta ley analiza el comportamiento de la temperatura y volumen, cuando la temperatura permanece constante. Si se calienta el aire contenido en los globos aerostáticos éstos se elevan, porque el gas se expande. El aire caliente que está dentro del globo es menos denso que el aire frío del entorno, a la misma presión, la diferencia de densidad hace que el globo ascienda. Similarmente, si un globo se enfría, éste se encoge, es decir reduce su volumen. La relación entre la temperatura y el volumen fue denunciada por el científico francés J. Charles (1746 - 1823).  En este caso la fórmula quedaría así: 

V₁ / V₂ = T₁ / T₂

 

Ley de Gay-Lussac

Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) demuestra que la presión de una masa gaseosa (gas) a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura. Es decir, establece la relación entre Temperatura y Presión, indicando que es directamente proporcional. 

P₁ / P₂ = T₁ / T₂

_{Ley combinada de los gases}

Las anteriores expresiones relacionan el comportamiento de dos de las tres variables, cuando una de ellas, permanece constante. ¿Cuál sería el comportamiento de las variables si todas cambian?  En este caso se utiliza la ley combinada que se resume en la siguiente expresión.

La ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton) fue formulada en el año 1803 por el físico, químico y matemático británico John Dalton (1766-1844).  Establece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si solo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar la temperatura. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las relaciones parciales y la presión total de una mezcla de gases.

Ecuación de estado. La unificación de las leyes que explican el comportamiento de los gases, permite analizar la variación de la temperatura, el volumen y la presión en unos estados iniciales y finales; sin embargo, con mucha frecuencia se requiere determinar el valor de una de las variables, de un número (n) de moles conociendo las dos restantes. En estos casos se recurre a la expresión conocida como ecuación de estado.

En ella P= Presión en atmosferas. V=Volumen expresada en litros. n=número de moles. R=constante de los gases ideales su valor es 0,082 atm.Lt/mol.K. y T=la temperatura en K 

NOTA: Para pasar una temperatura de grados Celsius a Kelvin tenga en cuenta  K=°C+273 

Para realizar en el cuaderno: (fecha límite de entrega 11 de marzo)

1.- Un cilindro a 273K registra una presión de 2.5 atm. Cual será la presión si la temperatura cambia a 30°C. 

2.- A 5.7 Atm de presión, qué volumen ocupara el He, Si 12000 mililitros registran una presión de 28.5 atm

3.- Un globo meteorológico se llena hasta alcanzar un volumen de 35000 Litros, la temperatura ambiental en el momento del experimento es de 20°C. Si se descarta la acciones de la presión, ¿Qué volumen tiene el globo a unos 10 Km de altura?. (Ver cuadro que relaciona la temperatura de las capas atmosféricas a diferentes alturas) 

4.- en un contenedor se registran las siguientes lecturas: Presión 3 Atm,  Volumen 8 Litros, Temperatura 330 K.  Si las condiciones cambian a Presión 6 Atmosferas Temperatura 165 K. Cual será la lectura del Volumen.

5.- Si en un cilindro la presión disminuye a la mitad y la temperatura se duplica. ¿Qué cambios experimenta el volumen

6.- ¿Qué volumen ocupa una mol de gas carbónico a CNPT? (condiciones normales de presión y temperatura) es decir P= 1 atm y T=273 K

7.- Las graficas señaladas con los números del 1 al 3, representan las leyes cinéticas de los gases. Indique en cada gráfica, la ley analizada.

8.- Argumente las preguntas del titulo: Presión y solubilidad
9.- El vertimiento de agua a elevadas temperaturas, en ecosistemas acuáticos, afecta a los seres vivos no solo por efecto inmediato que representa el daño a los tejidos, sino por la generación de condiciones adversar a los sistemas biológicos. En que consiste este daño ecológico.  

10.- Si la temperatura en la alta troposfera a unos 10 kilómetros de altura, se mantuviera como en la superficie, unos 20°C. Que efectos tendría sobre el volumen del globo (punto 3). considerando ahora la variación de la presión.

Para Subir a Class Room (fecha de entrega 04 de marzo)

A pesar de que el video que te comparto a continuación, es del año 2018, en la actualidad el enrarecimiento de la atmosfera de la ciudad, continua siendo uno de los problemas ambientales de mayor impacto. Utilizando el enlace de class room, realiza propuestas que desde tu cotidianidad individual y familiar, contribuyan a mejorar las condiciones ambientales. 

Realice en el cuaderno  (Fecha ultima de recepción 25 de febrero)

Evaluación del tema semana No 08

https://forms.gle/Rh5DhP6S8aEy8hvW7

En las fechas que se indique en el aula de clase