Ecuacin Universal de los Gases

OTRAS ECUACIONES DE ESTADO -ECUACIN VIRIAL Se han propuesto muchas otras ecuaciones de estado para los gases, pero las ecuaciones viriales son las nicas que tienen una base firme en teora.

donde B, C, etc son constantes que dependen no slo de la identidad del gas, sino tambin de la temperatura.

GASES INTRODUCCIN Es bien sabido que la materia existe en tres estados fsicos: SLIDO, LQUIDO y GASEOSO.

GAS LQUIDO SLIDO

Hoy en da se considera dos estados ms: -PLASMTICO: Cuarto estado de la materia. Es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de gas donde los tomos o molculas que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos.

-LOS CONDENSADOS DE BOSE-EINSTEIN: Representan un quinto estado de la materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quienes predijeron su existencia hacia 1920 y fue obtenido en 1995. Los condensados B-E son superfludos gaseosos enfrados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Se ha llegado al estado Bose Einstein con el rubidio, el helio y el sodio.

En la curva de la izquierda podemos ver diferentes colores que son tomos con distintas temperaturas. El color amarillo representa la temperatura ms elevada, el verde una temperatura algo menor, el azul an ms fro y el blanco, que representa la temperatura ms baja.Al principio hay muchos tomos con temperatura alta pero, a medida que el sistema se va enfriando (de izquierda a derecha en la imagen), los tomos se van solapando, hasta que forman un nico pico, que representa el momento en que hacen la transicin de gas a condensado de BoseEinstein.CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN

VARIABLES DE ESTADO Magnitudes fsicas que determinan caractersticas cuantitativas de un cuerpo en un determinado estado fsico como la presin (P), temperatura (T), volumen (V), mol-g (n), etc. ECUACIN DE ESTADO Ecuacin matemtica que relaciona a las variables de un estado.

V = f (P, T, n)DIAGRAMA DE FASES

TC

ISOTERMASESTADO GASEOSOEstado de la materia que se caracteriza por tener una gran energa cintica interna debido a que la fuerza de repulsin intermolecular es mayor que la de atraccin, por eso los gases carecen de forma y volumen definido. Se define tambin como el estado catico de la materia.

PROPIEDADES GENERALES -Toma la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. -Se comporta similarmente ante los cambios de presin y temperatura pudindose comprimir o expandir fcilmente. -A bajas presiones y altas temperaturas los gases manifiestan un comportamiento ideal.

Si la temperatura aumenta entoncesel volumen aumenta Tubo de ensayo Mercurio Temperatura baja Temperatura altaGas TEORA CINTICA MOLECULAR

Postulados: -Los gases estn compuestos por partculas pequesimas llamadas molculas. -Las molculas de los gases estn en constante movimiento aleatorio en todas direcciones y frecuentemente chocan unas contra otras (choque perfectamente elstico).

PresinPresin

-Las molculas de los gases no ejercen entre s fuerzas de atraccin ni de repulsin. -La energa cintica promedio de las molculas es proporcional a la temperatura del gas en Kelvins (temperatura absoluta del gas).K = constante de Boltzman = R/ N = 1,38 x 10-16 erg / K molT = temperatura en grados kelvin R = constante universal de los gasesN = nmero de Avogadro = 6,023 x 1023

GAS IDEAL O PERFECTO

-Gas imaginario que cumple exactamente con los postulados de la teora cintica molecular, o cuando cada unidad molecular se comporta en forma independiente de las otras. -Los gases manifiestan un comportamiento ideal a bajas presiones y altas temperaturas. LEYES DE LOS GASES IDEALES-LEY DE BOYLE-MARIOTTE (Proceso isotrmico) T = cte V 1/P

P1V1 = P2V2

PV = K

-LEY DE CHARLES (Proceso isobrico) P = cte V T

V1/ T1 = V2/ T2

-LEY DE GAY LUSSAC (Proceso iscoro) V = cte P T

P1/T1 = P2/T2

-LEY DE AVOGADRO A las mismas condiciones de presin y temperatura, volmenes iguales de gases diferentes contienen igual nmero de molculas pero diferente peso.

Para gas A VA = nA Para gas B VB = nB Si los gases ocupan igual volumen (VA = VB)

nA = nB

ECUACIN UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES

Relacin matemtica entre las cuatro variables de estado.

Aplicando Ec. Universal al estado 2:Aplicando Ec. Universal al estado 1:Igualando Ec (1) y Ec (2):

MEZCLA DE GASES Se denomina mezcla gaseosa a la reunin de molculas de dos o ms gases sin que entre ellos se produzca una reaccin qumica. Se puede considerar a una mezcla como una sola masa uniforme

LEY DE DALTON (Presiones parciales) La presin total, en una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de los gases componentes.

LEY DE AMAGAT (Volmenes parciales) El volumen total ocupado por una mezcla gaseosa, es igual a la suma de los volmenes parciales de sus gases componentes.

VAVBVCPPPCOMPOSICIN DE UNA MEZCLA GASEOSA-FRACCIN MOLAR (Xi)

-PORCENTAJE EN PESO (%W)

%Wi :Composicin en masa del componente i Wi : Masa del componente i Wt : Masa de la mezcla gaseosa

-PESO MOLECULAR PROMEDIO (Mt)

-FRACCIN DE PRESIN (Pi)

-FRACCIN EN VOLUMEN (Vi)

GASES HMEDOS El gas seco al mezclarse con el vapor de agua, forma lo que se llama gas hmedo. Pgh = Pgs + Pvapor

OXGENO MS VAPOR DE AGUAKClO3 CON PEQUEA CANTIDAD DE MnO2 PRESIN DE VAPOR (PV) Presin que ejerce el vapor de un lquido a una determinada temperatura.

PRESIN DE VAPOR SATURADO (PVtC) Mxima presin que ejerce el vapor de un lquido producido a una determinada temperatura, establecindose un equilibrio dinmico entre la evaporacin y la condensacin.

HUMEDAD RELATIVA (HR) Se emplea solo para vapor de agua, normalmente para indicar el grado de saturacin de vapor de agua en el medio ambiente o en un sistema aislado de aire hmedo

De la ecuacin anterior

Si el vapor est saturado: HR = 100%

Si el vapor no est saturado: HR < 100%

LEY DE DIFUSIN Y EFUSIN DE GRAHAM Difusin.-Es la mezcla gradual de molculas de un gas con las molculas de otro en virtud de sus propiedades cinticas.

Efusin.-Es el proceso mediante el cual un gas bajo presin escapa de un compartimiento de un recipiente a otro pasando a travs de una pequea abertura.

DIFUSINEFUSIN En 1846, Thomas Graham descubri que: A las mismas condiciones de presin y temperatura las velocidades de difusin y efusin de dos gases son inversamente proporcionales a la raz cuadrada de sus pesos moleculares o sus densidades.

GASES REALES -No cumplen con la teora cintica molecular. Ejm. O2, N2, Cl2, etc. -Se desvan al menos ligeramente de la ley de los gases ideales. -Las molculas de un gas real, s tienen un volumen finito y s se atraen.

1 mol de N2 FACTOR DE COMPRESIBILIDAD (Z)

Un Z menor que la unidad indica que el gas real es ms compresible que el gas ideal.

ECUACIN DE VAN DER WAALS Ecuacin que se ha desarrollado para predecir el comportamiento de los gases reales.

Donde a y b son constantes.

Comportamiento

Gas real

A P altas: V gas no es despreciable frente al del recipiente Fuerzas de atraccin apreciables Tomando en cuenta las correcciones de P y V, se puede escribir la ecuacin:

como

-Las constantes de Van der Waals a y b son diferentes para cada gas. a: refleja la fuerza con que las molculas del gas se atraen. b: es una medida del volumen real ocupado por un mol de molculas del gas.

-ECUACIN DE REDLICH-KWONG

-ECUACIN DE DIETERICI

-ECUACIN DE LORENTZ

EQUILIBRIO QUMICO Despus de que transcurre un tiempo suficiente, todas las reacciones reversibles alcanzan un estado de equilibrio qumico, esto es, un estado en el cual no se puede detectar ms un cambio en su composicin con el tiempo. VELOCIDAD DE REACCIN Esta dada por la cantidad de sustancia transformada en la unidad de tiempo.

Reaccin inversaReaccin directa

Equilibrio de molculas(H2 + I2 2 HI)Concentraciones (mol/l)Tiempo (s)[HI][I2][H2] CONSTANTE DE EQUILIBRIO

Para un sistema gaseoso general:

Segn la ley de accin de masas las velocidades de reaccin directa e inversa son:

En el equilibrio:

Esta relacin se conoce como la expresin de la constante de equilibrio de la reaccin. La constante Keq, llamada constante de equilibrio.

EQUILIBRIO HOMOGNEON2O4 (g) 2NO2 (g)Kc = [NO2]2[N2O4]Kp=(PNO2) 2PN2O4

El N2O4, es incoloro a medida que va reaccionando aparecen las molculas de NO2, que son de color pardo a marrn, luego el color y su intensidad es una medida de la concentracin de NO2 y del avance de la reaccin.EQUILIBRIO HETEROGNEOCaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)Kp = PCO2Kc = [CO2] La concentracin de slidos y lquidos puros no se considera en la expresin para la constante de equilibrio [1] .

La descomposicin del CaCO3, a una temperatura determinada es un ejemplo de equilibrio heterogneo. Y la presin parcial de equilibrio del CO2 es la misma en las dos campanas a pesar de que las cantidades relativas de CaCO3 , CaO son considerablemente diferentes. CARACTERSTICAS DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO

-Es un valor numrico que se obtiene al sustituir presiones parciales (KP) o concentraciones molares (KC) o fracciones molares (KX). -Depende nicamente de la estequiometra de la reaccin, no de su mecanismo. -Vara slo con la temperatura. RELACIN ENTRE LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO KC, KP Y KX

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presin o concentracin de uno de los componentes, el sistema desplazar su posicion de equilibrio de modo que se contrarreste el efecto de la perturbacion. CAMBIOS EN LA CONCENTRACION Si un sistema qumico est en equilibrio y se agrega una sustancia (ya sea un reactivo o un producto), la reaccin se desplazar de modo que se restablezca el equilibrio consumiendo parte de la sustancia agregada. A la inversa, eliminar una sustancia provocar que la reaccin se desplace en el sentido que forma ms de esa sustancia. EJEMPLO

De qu manera respondera el sistema si se agrega ms O2?Segn el principio de Le Chatelier el sistema reaccionar tratando de consumir el O2 agregado, por consiguiente el equilibrio se desplazar hacia la derecha.De qu manera respondera el sistema si se remueve algo de SO2?Segn el principio de Le Chatelier el sistema tratar de reponer el SO2 removido, el equilibrio se desplazar hacia la izquierda.

CAMBIOS EN EL VOLUMEN Y PRESIN Un aumento en la presin (disminucin del volumen) favorece la reaccin neta que reduce el nmero total de moles de gases, y una disminucin en la presion (aumento de volumen) favorece la reaccin neta que aumenta el nmero total de moles de gases. Para las reacciones en las que no cambia el nmero de moles de gases (n = 0), el cambio de presin (o de volumen) no altera la posicin de equilibrio.

EJEMPLO

De qu manera respondera el sistema si se aumenta la presin?Segn el principio de Le Chatelier el sistema reaccionar tratando de contrarrestar esta perturbacin disminuyendo la presin, desplazndose hacia el sentido que disminuya el nmero de moles, es decir hacia la derecha.

CAMBIOS EN LA TEMPERATURA El valor de las constantes de equilibrio cambia con la temperatura. ENDOTRMICA: Reactivos + calor productos

EXOTRMICA: Reactivos productos + calor Cuando se aumenta la temperatura, es como si se hubiese agregado un reactivo, o un producto, al sistema en equilibrio. El equilibrio se desplaza en el sentido que consume el reactivo (o producto), esto es, el calor en exceso. ENDOTRMICA: Aumentar T da por resultado que Keq aumente. EXOTRMICA: Aumentar T da por resultado que Keq disminuya. EJEMPLO

Si aumentamos la temperatura, la reaccin se desplaza en el sentido que consuma calor, de ese modo logra disminuir la temperatura, esto implica que la reaccin se desplaza hacia la izquierda.

EFECTO DE UN CATALIZADOR El catalizador aumenta la rapidez de las reacciones directa e inversa. En consecuencia, un catalizador aumenta la rapidez con la que se alcanza el equilibrio, pero no modifica la composicin de la mezcla de equilibrio.

PRINCIPIO DE LE CHATELIERAPLICACIONES Es importante entender las propiedades de los gases porque estos a veces son reactivos o productos en las reacciones qumicas. Por esta razn es comn tener que calcular los volmenes de gases consumidos o producidos en reacciones.

Ejemplo:Las bolsas de aire de seguridad de los automviles se inflan con nitrgeno gaseoso generado por la rpida descomposicin de azida sdica (NaN3).