fisicoquimica









Fisicoquímica I

2008














Tema 1: Propiedades empíricas de los gases

1. Ecuación de estado de los gases
1.1. Estado y ecuación de estado
El estado gaseoso es el que permite una descripción cuantitativa sencilla. Se dice que el sistema gaseoso está en equilibrio cuando sus propiedades no cambian con el tiempo si no se alteran condiciones externas.Si estas propiedades internas del sistema están definidas por su estado, decimos que el sistema está en un “estado definido”, lo que permitiría describir este estado con los valores de sus propiedades. La cantidad de estas que se necesitan para hacerlo es variable y depende de la exactitud buscada, aunque se utilizan normalmente cuatro: masa, volumen, presión y temperatura
1.1.1. Ecuación deestado
Se denomina “ecuación de estado” a la relación matemática que vincula las propiedades necesarias para describir un estado definido.
1.2. Experimentación con volúmenes, presiones y temperaturas de gases
1.2.1. Relaciones empíricas
(a) Boyle (1662), sus experiencias indicaron que , donde kB es una constante.
(b) Charles, sus experiencias indicaron que y que el aumento relativo devolumen al aumentar la temperatura en 1ºC es el mismo para cualquier gas.
(c) Gay-Lussac, sus experiencias indicaron que , donde V0 es el volumen a 0ºC.
1.2.2. Deducciones matemáticas
Como el volumen es función lineal de la temperatura, su derivada (a presión constante) representa la pendiente, por lo tanto , quedando .
Al aumentar un grado, el volumen aumenta en .
El aumento relativo de volumen alaumentar un grado es .
Como el aumento relativo de volumen al aumentar un grado es constante, , por lo que .
1.2.3. Conclusiones
Como α0 es constante, se puede calcular , por lo que se crea , lo que permite la expresión .
1.2.4. Relación entre la Ley de Boyle y la Ley de Charles-Gay-Lussac
Como y , entonces, .
1.3. Experimentación con masas de gases
Si se duplica la masa del gas, laconstante también lo hace, ya que el volumen también se duplica. Por lo tanto, .
Reemplazando en la Ley de Boyle-Charles, . Esta ecuación relaciona presión, temperatura, masa y volumen de un gas, por lo que es adecuada como ecuación de estado, sin embargo, B varía con cada gas y ese es un inconveniente grande.



1.4. Ecuación de los gases ideales
1.4.1. Creación de R
Se define a R, oconstante de los gases, como el cociente , donde intervienen la presión, el volumen y la temperatura en estado estándar, es decir, en un estado especial prefijado, lo que le confiere a R carácter de constante.
1.4.2. R en la Ley de Boyle-Charles
Si llamamos M a la masa de un gas cualquiera a presión, volumen y temperatura estándar, la Ley de Boyle-Charles queda expresada como .
1.4.3. La Leydel Gas Ideal
Aplicando este resultado en la Ley de Boyle-Charles para un gas en cualquier estado (no necesariamente estándar), .
1.4.4. La Ley de Avogadro y el volumen estándar
La Ley de Avogadro enuncia que volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas.
La prefijación del estado estándar de presión, volumen y temperatura no es azarosa. Se considera presiónestándar a la atmosférica (1 atm), temperatura estándar a 273,15 K, pero se carecía de un volumen estándar obvio. Por eso, se definió como volumen estándar al volumen (que a presión y temperatura estándar) que contenga 6,022.1023 moléculas.
1.4.5. Masa molar y número de moles
De esta manera, la masa M no es más que la masa molar de la sustancia, y el cociente la cantidad de moles de gas queforman parte del sistema.
1.4.6. Obtención de constantes
A partir de estos datos, se pudo obtener el volumen estándar y R. Así, se sabe que y .

2. Propiedades de un gas ideal
2.1. Propiedades extensivas y propiedades intensivas
Se define como propiedad extensiva como toda aquella que depende de la masa, y por lo tanto, se puede calcular como la suma de todas las subdivisiones de un...