Gases Ideales

Gases y Gases Ideales

En un gas las moléculas individuales están distantes entre sí, ya que las fuerzas de cohesión que existen entre ellas son pequeñas.
La estructura molecular de diferentes gases puede variar en forma considerable, pero su comportamiento casi no se ve afectado por el tamaño de las moléculas individuales.

Una de las más útiles generalizaciones respecto a los gases es elconcepto del ¨gas ideal¨, cuyo comportamiento no se ve afectado por las fuerzas de cohesión o volúmenes moleculares.

Ningún gas real es ideal, pero en condiciones normales de temperatura y presión (la temperatura del gas no debe ser demasiado baja para que el gas no se condensa en un líquido ni demasiado alta, y la presión debe ser baja) el comportamiento de cualquier gas es muy parecido al gasideal.

El grado en que cualquier gas real obedece estas relaciones, está relacionado por el grado en que se aproxime al gas ideal.


Leyes que rigen los gases

P es presión absoluta
V es volumen
T es temperatura en escala absoluta (en Kelvins)
m es masa

Ley de Boyle
Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de un gas se mantengan constantes, el volumen de dicho gases inversamente proporcional a su presión absoluta.
[pic] m, T = ctes

Ley de Charles
Mientras la masa y la presión de un gas se mantengan constantes, el volumen de dicho gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

[pic] m, P = ctes

Ley de Gay-Lussac
Si el volumen de una muestra de gas permanece constante, la presión absoluta de dicho gas es directamenteproporcional a su temperatura absoluta.

[pic] m, V = ctes

Ley General de los Gases
Lo más común es que un sistema sufra cambios de volumen, temperatura y presión, como resultado de un proceso térmico. Esta ley es una relación más general que combina las tres leyes anteriores, tomando la temperatura y la presión absolutas.
[pic] m = cte

Una relación más general:
[pic]


Ley de AvogadroEn condiciones normales de presión y temperatura (T=273.15 K y P=1.013x105 Pa) el volumen de un mol de cualquier gas es de 22.4 litros.

De éstas leyes se deduce la ecuación térmica de estado de un gas ideal, que se llama ecuación de Clapeyron:

PV=nRT ó PV=NKBT

donde: n es el número de moles, R es la constante universal de los gases, N es el número de moléculas y KB es laconstante de Boltzmann.
R = 8.314 J/mol·K = 0.0821 Lt atm/mol K
KB = 1.38x10-23 J/K KB = R/NA
NA = Numero de Avogadro = 6.022x1023 moléculas


Conceptos asociados:

Masa atómica: es la masa de un átomo de un elemento comparada con la masa de un átomo de carbono tomado como 12 unidades de masa atómica.

Masa molecular (M): es la suma de las masasatómicas de todos los átomos que comprenden las moléculas.

Una mol (n): es la cantidad de una sustancia que contiene el mismo número de partículas que el número de átomos que hay en 12 g de C12. También es aquella masa de la sustancia que contiene un número de Avogadro de moléculas (NA=6.022x1023 moléculas).

Relaciones: NA = N/n y n = m/M, donde m es masa en gramos.


Engeneral, en los problemas técnicos se obtienen soluciones suficientemente aproximadas mediante el empleo de este modelo simple de gas ideal para representar a los gases reales.

Los gases monoatómicos cumplen con gran aproximación esta ley, ya que sus calores específicos son constantes, es decir independientes de la temperatura.
Cuidado con los vapores, por ejemplo el vapor de agua se puedeconsiderar como gas ideal, cuando forma parte de los productos de la combustión (alta temperatura y baja presión) o cuando interviene como componente del aire atmosférico.

Ejemplos:

1. Un globo grande lleno de aire tiene un volumen de 200 litros a 0 oC. ¿Cuál será el volumen a 57 oC si la presión no cambia?
P = cte
Vi = 200 lt
Vf = ? [pic] [pic]
Ti = 0 + 273 = 273 K = (200)(330)/273...