Tema1. LEY DE LOS GASES IDEALES.

¿Qué es un Gas?
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas ...
Sustancia en estado gaseoso. El estado gaseoso es uno de los estados de la materia, caracterizado por el movimiento libre, al azar, de las partículas (átomos, iones o moléculas).
Los gases están formados por partículas en incesante movimiento. Las partículas están muy separadas, lo que justifica una propiedad de los gases como es su fácil compresión (al ejercer una presión sobre ellos su volumen disminuye).

¿Qué es un gas ideal?
La Presión de un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene, el Volumen que ocupa, la Temperatura a la que se encuentra y la cantidad de sustancia que contiene (número de moles) están relacionadas. A partir de las leyes de Boyle-Mariotte, Charles- Gay Lussac y Avogadro se puede determinar la ecuación que relaciona estas variables conocida como Ecuación de Estado de los Gases Ideales: PV=nRT. El valor de R (constante de los gases ideales) puede determinarse experimentalmente y tiene un valor de 0,082 (atm.L/K.mol ).No se puede modificar una de estas variables sin que cambien las otras.

Ley de Boyle-Mariotte (PRESION-VOLUMEN)
Robert Boyle, alrededor de 1660, experimentó con un manómetro que contenía aire atrapado en la parte cerrada del tubo en U.
Modificaba la presión a la que se encontraba el aire según iba variando la cantidad de Hg. La temperatura se mantenía constante durante la experiencia al igual que la cantidad de aire.
La ley de Boyle predice que el producto P.V = constante para una cantidad fija de gas, siempre que la temperatura se mantenga constante; esto, escrito en términos matemáticos, es lo mismo que Pi Vi = Pf Vf donde i representa unas condiciones (iniciales) y f representa otras condiciones (finales)
La Ley de Boyle, también llamado proceso isotérmico. Afirma que, a temperatura y cantidad de materia constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:
(n, T ctes.)


Charles-Gay Lussac (VOLUMEN-TEMPERATURA)
Jacques Charles y Joseph-Louis Gay-Lussac, a comienzos de 1800, estudiaron con detalle qué relaciones existían entre la temperatura de los gases y el volumen que ocupaban. La moda de volar en globos aerostáticos fue un incentivo importante en sus investigaciones.

Se encierra un gas en una de las ramas de un tubo en U. Este manómetro de "gas comprimido" se introduce en un baño de agua; se va midiendo el volumen que ocupa según se varía la temperatura del agua (que es la del gas).
Se considera así al proceso isobárico para la Ley de Charles, y al isocoro (o isostérico) para la ley de Gay Lussac.
Proceso isobaro (de Charles) Proceso isocoro (de Gay-Lussac)
(n, P ctes.) (n, V ctes.)
V1 / T1 = V2 / T2 P1 / T1 = P2 / T2


Ley de Avogadro
Amadeo Avogadro (1811) aventuró la hipótesis de que en estas circunstancias los recipientes deberían de contener el mismo número de partículas. En otras palabras, la hipótesis de Avogadro se puede enunciar:
"Volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de partículas, a la misma presión y temperatura"
Desde Avogadro hasta nuestros días, la palabra partícula se emplea para designar tanto átomos como moléculas.
¿Cómo podemos saber cuántas partículas de una determinada sustancia pura hay en un recipiente? Basta con una balanza: se averigua la masa y se establece la siguiente equivalencia:
"6,023.1023 partículas de cualquier sustancia tienen una masa igual a su masa atómica o molecular expresada en g".
La Ley de Avogadro fue expuesta por Amedeo Avogadro en 1811 y complementaba a las de Boyle, Charles y Gay-Lussac. Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isobaro e isotermo), el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente, de tal modo que:
(T, P ctes.)

Esta ecuación es válida incluso para gases ideales distintos. Una forma alternativa de enunciar esta ley es:
El volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal a una temperatura y presión dadas siempre es el mismo.
Un mol de cualquier gas ideal a una temperatura de 0 °C (273,15 K) y una presión de 1013,25 hPa ocupa un volumen de 22,4140 litros.


LA LEY DE LOS GASES IDEALES.
La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

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


APLICACIÓN DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES.
¿Qué volumen, en litros, ocupa una mol de helio a una atmosfera de presión y a temperatura de (a) 0°C y (b)20°C?
Solucion.
n = 1.00 mol
p = 1.00 atm
(a) T1 = 0°C
(b) T2 = 20°C
R= 0.0821 l-atm/mol-k (conocido)
Encontrar:
(a) V1 (volumen)
(b) V2.
Observe usamos la forma l-atm de la constante universal de los gases. (¿Por qué?) Se puede hacer uso de la ecuación [pV=nRT] para encontrar los volúmenes, pero primero debemos cambiar las temperaturas a kelvins. Probablemente el error mas común al trabajar con las leyes de los gases es olvidar el uso de las temperaturas absolutas (°k).
T1=Tc + 273 = 0°C + 273 = 273 K
T2=Tc + 273 = 20°C + 273 = 293 K

Entonces, reacomodando la ecuación [pV=nRT], tenemos
V1= nRT1/p = ((1.00 mol)(0.082 l-atm/ mol-k)(273K))/(1 atm) = 22.4 l
Al calcular el volumen en T2.
V2= nRT2/p = ((1.00 mol)(0.082 l-atm/ mol-k)(293K))/(1 atm) = 24.1 l
Y el volumen se incrementa como se esperaba. Practicamente, el gas se calienta a 20°C a presión constante.