MODELO DE LOS GASES IDEALES
A medida que se acumuló información sobre el comportamiento de los gases, los científicos elaboraron teorías o modelos para explicar, sus propiedades.
Como un modelo, es una representación de lo más simple y exacto posible de la realidad, el modelo sobre los gases debería explicar las leyes que cumplen y sus propiedades, difusión, dilatación, comprensión.
Un modelo que reúne los requisitos anteriores es el de la teoría cinética molecular. Dicho modelo formula los siguientes postulados:
1. Los gases están constituidos por moléculas que se encuentran ampliamente separadas unas de otras por un espacio vacío.
2. Una molécula gaseosa es un conjunto pequeño en medio de un gran espacio. Por eso, el volumen de las moléculas gaseosas es despreciable.
3. En los gases no existen fuerzas de atracción entre las moléculas.
4. Las moléculas de un gas se mueven a altas velocidades, al azar en todas direcciones: describiendo trayectorias rectas, chocan entre si y contra las paredes del recipiente que las contiene.
5. Los choques de las moléculas son elásticas, por lo cual no existen perdida de energía.
Los gases que poseen las propiedades descritas en la teoría cinética – molecular, no existen; son gases ideales: están constituidos de moléculas que tienen masa y velocidad pero no volumen. Además, no tienen fuerzas de atracción o repulsión. En un recipiente cerrado el gas ideal se dispersa rápidamente y las moléculas rebotan sobre el interior de las paredes sin perder energía.
Los gases reales existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener comportamiento de ideales en determinadas condiciones temperaturas altas y presiones muy bajas.
El O2 y el H2 son gases reales que a altas temperaturas y a presiones muy bajas se asemejan en su comportamiento a los gases ideales.
ECUACION DE LOS GASES
Las relaciones de existen entre la presión, el volumen y la temperatura absoluta pueden reducirse a una sola fórmula que se denomina ecuación de los gases.
La ecuación de los gases es la combinación de:
Los primeros miembros de estas proporciones son iguales. En consecuencia sus segundos miembros son iguales entre si:
Al aplicar las propiedades de la proporcionalidad, se obtiene la siguiente relación:
Con esta ley combinada se puede calcular la forma como cambia el volumen, la presión o la temperatura, si se conoce las condiciones iniciales ( V1 , T1 y P1 ) y dos de las condiciones finales ( V2, T2 y P2 ) o lo contrario.
Analiza el desarrollo de los siguientes problemas
Una muestra de gas ocupa un volumen de 300 ml a una presión de 920 mm de Hg a una temperatura de 14 º C. Si se disminuye la presión a 780 mm de Hg ¿cuál es el volumen del gas?
Solución
a) se ordenan los datos
V1 = 300 ml
P1 = 920 mm de Hg
T = constante
P2 = 780 mm de Hg
b) Se analizan los datos: la presión disminuyo, por consiguiente el volumen aumenta; va a ser mayor de 300 ml. Luego se elige un factor que pruebe el análisis anterior:
El volumen de un globo es de 6.5 litros a una temperatura de 20 ºC y a una atmósfera de presión. ¿Cual es el volumen del globo si se disminuye la temperatura a 7 ºC?
a) Se organiza los datos:
V1 = 6.5 litros
T1 = 20 ºC + 273 = 293 ºK
P = constante
V2 = ?
T2 = 7 ºC + 273 = 280 ºK
b) Se analizan los datos:
Si la temperatura disminuye, significa que el volumen también disminuye. El nuevo volumen debe ser menor que el inicial. Este último debe ser multiplicado por un factor de temperatura que lo reduzca, así:
Un tanque de acero contiene O2 a 20 ºC y una presión de 8 atm. Calcula la presión interna del gas, si el tanque se enfria hasta 4 ºC.
P1 = 8 atm
P2 = ?
T2 = 4 ºC + 273 = 277 ºK
Si la temperatura disminuye, significa que la presión se reduce y la presión es:
El volumen de un gas a 18 ºC y a 2 atm de presión es de 17 litros. ¿Qué volumen ocupará a 25 ºC y a 1 atm de presión?
Condiciones iniciales:
V1 = 17 litros
P1 = 2 atm
T1 = 18 ºC + 273 = 291 ºK
Condiciones finales:
P2 = 1 atm
T2 = 25 ºC + 273 = 298 ºK
Como la temperatura aumenta de 291 ºK a 298 ºK, el volumen también aumenta (Ley de charles); además, como la presión disminuye, el volumen aumenta (Ley de Boyle). Por consiguiente, el volumen final es mayor que el inicial:
Pregunta: La temperatura de un cierto volumen de SO2 es de 28°C. Si se disminuye la temperatura a 6° C y su volumen es de 2.7 L. ¿Cuál es el volumen inicial de SO2?