Trabajo de Física Diferenciado

"Los Gases"

Alumnas:                                                   Profesor:  José Cuturrufo

Betsabé Sandoval   4°B

Carolina Osorio  4°A

Fecha: Septiembre de 2008 

Comments

Indice

Introducción:

• Carátula
• Índice
• Introducción

Desarrollo:

• Objetivos
• Proceso
• Leyes
• Teorías
• Resolución de problemas
• Resolución de cuestionario

Conclusión

Bibliografía

Comments

 El Gas es el estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, y con una densidad mucho menor que la de los líquidos y sólidos, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.

Los gases cuentan con dos factores influyentes, que son, la presión y temperatura, y partiendo de estos factores, sin temor a equivocarse, podemos obtener una información más detallada de lo que esta ocurriendo, ocurrió, u ocurrirá en los gases.

Comments

Objetivos Generales:

 El objetivo general de este trabajo de investigación es comprender y apreciar la gran importancia que tienen los gases, como funcionan en la Tierra y como nos involucramos con ellos

Objetivos Específicos:

Aprender sobre los gases en toda su materia, gases ideales  sus propiedades, las leyes por las cuales se rigen, comportamientos, y ecuaciones con sus variables que participan en ellas

Además Las unidades de medida de estas y con esto aprender a desarrollar diversos problemas que tienen que ver con los gases y nuestra vida cotidiana

Comments

Gases Ideales y sus Propiedades

Las propiedades de la materia en estado gaseoso

1)     Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.

2)     Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

3)     Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.

4)     Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

Variables que afectan el comportamiento de los gases

1. PRESIÓN :

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

Otras unidades usadas para la presión : gramos fuerza / cm², libras / pulgadas².

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.

2. TEMPERATURA

Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.

La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.

3. CANTIDAD

La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el numero de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.

4. VOLUMEN

Es el espacio ocupado por un cuerpo.
Unidades de volumen:

En una gas ideal ( es decir, el gas cuyo comportamiento queda descrito exactamente mediante las leyes que plantearemos mas adelante), el producto PV dividido por nT es una constante, la constante universal de los gases, R . EL valor de R depende de las unidades utilizadas para P, V, n y T. A presiones suficientemente bajas y a temperaturas suficientemente altas se ha demostrado que todos los gases obedecen las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, las cuales relacionan el volumen de un gas con la presión y la temperatura.

5. DENSIDAD

Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Se da en gr/ltr

Unidades de Medida Utilizadas:

Presión:

gramos fuerza / cm2, libras / pulgadas2.

Temperatura:

kelvin.

Volumen:

Densidad:

gr/L.

23

Cantidad: Mol = 6.03 * 10

Comments

Comments

Ley de Boyle - Mariotte

La Ley de Boyle-Mariotte es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión:

·        PV=k

donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constante

Cuando el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas es mantenida a Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye; si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k , no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

P1= Presión Inicial

P2= Presión Final

V1= Volumen Inicial

V2= Volumen Final

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.

Comments

Ley de Charles

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.

 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.

Matemáticamente podemos expresarlo así

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la temperatura cambiará a T₂, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Comments

Ley de Gay-Lussac

La presión de un gas que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura:

P1*V1/T1=P2*V2/T2

Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado, primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta una temperatura característica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presión requerida para licuarlo sin que se sobrecaliente, y, eventualmente, explote.

Esta ley 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.

Comments

Ley de los gases ideales

La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio.

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético creado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques tienen una perfecta conservación de momento y energía cinética. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834.

La Ecuación de Estado

El estado de una cierta masa m de sustancia está determinado por su presión p, su volumen V y su temperatura T. En general, estas cantidades no pueden variar todas ellas independientemente.

P*V=n*R*T

Donde:

• P= Presión
• V= Volumen
• n= Moles de gas
• R= Constante universal de los gases ideales
• T= Temperatura en Kelvin.

La Ecuación de Estado para gases reales

Haciendo una correccion a la ecuación de estado de un gas ideal, es decir, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y volumenes intermoleculares finitos, se obtiene la ecuaciòn para gases reales, tambien llamada ecuacion de Van der Waals:

(P+a*n^2/V^2)*(V-nb)=n*R*T

Donde:

• P= Presión del gas ideal
• V= Volumen del gas ideal
• n= Moles de gas
• R= Constante universal de los gases ideales
• T= Temperatura.
• ay bson Constantes determinadas por la naturaleza del gas con el fin de que haya la mayor congruencia posible entre la ecuaciòn de los gases reales y el comportamiento observado experimentalmente.

Valores de R en diferentes unidades

Teoría Cinética Molecular:

Desarrollada por Ludwig Boltzmann y Maxwell. Nos indica las propiedades de un gas ideal a nivel molecular.

• Todo gas ideal está formado por pequeñas partículas esféricas llamadas moléculas.
• Las moléculas gaseosas se mueven a altas velocidades, en forma recta y desordenada.
• Un gas ideal ejerce una presión continua sobre las paredes del recipiente que lo contiene, debido a los choques de las moléculas con las paredes de éste.
• Los choques moleculares son perfectamente elásticos. No hay pérdida de energía cinética.
• No se tienen en cuenta las interacciones de atracción y repulsión molecular.
• La energía cinética media de la translación de una molécula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

Ecuación general de los gases ideales

Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles (n) es constante; n=cte), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

p1*V1/T1*n1=p2*V2/T2*n2

Comments

Ecuación de Van der Waals

La ecuación de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se comportan exactamente así. En algunos casos, la desviación puede ser muy grande. Por ejemplo, un gas ideal nunca podría convertirse en líquido o sólido por mucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases ideales

• P.V = n.R.T

Una de ellas, muy conocida y particularmente útil, es la ecuación de estado de Van der Waals

• (p + a/v ²).(v - b) = R.T

donde v = V/n

a y b son parámetros ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son parámetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varían de un gas a otro.

Comments

PROBLEMAS ASIGNADOS

1) La presión inicial en un cilindro de helio gaseoso es de 35 atm. Si después de inflar muchos globos, la presión disminuye a 5 atm, ¿qué fracción del gasoriginal quedará en el cilindro?

Datos:

P1= 35 atm
P2 = 5 atm.

n = Cantidad de globos

35 atm _________ 100%

5 atm _________ Y

Y=100%x 5atm = 14,28n%

__________

35atm

2) Un tanque de almacenamiento a CNPT (condiciones normales) contiene 25.0 kg de nitrógeno (N). (a) ¿Cuál es su volumen? (b) ¿Cuál será la presión si se añaden 15.0 kg más de nitrógeno?

Datos:

P1= 1 atm. Masa molar del N= 14gr/mol

T º = 0 º C

V= ¿?

Masa= 25kg -------- 25000gr

a) 14gr ----------- 22,4 litros

25000gr ------- Y

Y=22,4litros x 25000 gr

14gr

Y = 40000 litros

b) P1xV1 = P2 x V2

1atm x 40000L= P2x 64000 L

= 1atmx40000L

64000L

= 0, 625atm

3) Si 25.50 moles de helio gaseoso se encuentran a 10 ºC y a una presión manométrica de 0.350 at, calcule (a) el volumen del helio gaseoso bajo estas condiciones y (b) la temperatura, si el gas se comprime a la mitad del volumen,

a una presión manométrica de 1.00 at.

Datos:

n= 25,50 moles

T= 10 ºC

P= 0,350atm

R= 0,082(L · atm/K · mol)

V= ¿?

                    a)    PxV= nxRxT

                        V=  25,50moles x 0,082(L · atm/K · mol) x 283ºK

                                                        0,350atm

                       V= 1690,722 L

             b)     T = PxV                   

                            nxR

                   T= 1atmx 845,35L

                        25,5Molx 0,082 (L · atm/K · mol)

                T=  404,28 K

4) Se llena un neumático con aire a 15 ºC hasta una presión manométrica de 220 kPa (31.9 PSI). El neumático alcanza una temperatura de 38 ºC. ¿Qué fracción del aire original se debe sacar para que se mantenga la presión original de 220 kPa?

Datos:

         T1= 15ºC           288ºK

       P1= 220 000 Pa            2,17atm           1 atm                  101320 Pa

        T2= 38ºC          311ºK                         X atm                  220000Ps

P2=2,17 atm

P1 = P2

---     ---

T2     T2

2,17atm =      X atm

288ºK        311ºK

X atm= 2,17 atmx 311ºK

                          288ºK

P= 2,34 atm

2,34                100%

2,17                 X%

X= 92,7%

Hay que sacEar el 7,3% del aire original para que se mantenga constante la presión.

Comments

(FALSO Y VERDADERO)

1) Al multiplicar la temperatura por un número (p.e. duplicar, triplicar, cuadruplicar, etc..), manteniendo todo lo demás constante el volumen se divide por dicho número.

Falsa,el volumen con la Temperatura son directamente proporcionales esto significa que , si aumenta uno el otro aumenta.

2)El comportamiento de un gas al que se le modifica su temperatura, para ver cómo varía su volumen, viene explicado por la ley de Gay-Lussac.

Verdadera

3)Al multiplicar la presión por un número (p.e. duplicar, triplicar, cuadruplicar, etc..), manteniendo todo lo demás constante el volumen permanece constante.

Falsa,el Volumen con la Presión son inversamente proporcionales ,si aumenta uno el otro disminuye

4)El valor de la constante R para los gases ideales es de 8.314472 J/mol·K

Falsa, el valor de R es 0,08205746 L · atm/K · mol

5)El comportamiento de un gas al que se le modifica su presión, para ver cómo varía su volumen, viene explicado por la ley de Avogadro

Falsa, ley de Avogadro: la Presión  y la Temperatura son constantes

Comments

Conclusión

Con este trabajo nos podemos dar cuenta de la importancia que significa la existencia de los gases en nuestro planeta de la manera en que actúan en el medio y toda la historia que esto conlleva, como sus leyes y por quienes fueron propuestas como por ejemplo los científicos Boyle-Mariotte, Charles y Gay Lussac, con sus respectivas leyes.

Estamos rodeados de gases y los utilizamos día a día sin darnos cuenta de su comportamiento el que involucra una serie de procesos y de las variables que lo implican.

Gracias a este trabajo pudimos conocer más acerca de los gases en toda su materia y su utilidad en la vida cotidiana y como manipularlos y usarlos para nuestro beneficio

Comments

• www.envirohub.net

• http://sepiensa.org.mx/contenidos/2005/l_calenta/images/1_04.jpg

• http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

• http://www.profesorenlinea.cl/swf/links/frame_top.php?dest=http%3A//www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesPropiedades.htm

• http://asor.free.fr/celebrite-plongee/mariotte.jpg

• http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/ley_gaylussac.html

• http://www.fisicanet.com.ar/fisica/gases/ap01_gases_ideales.php

Comments