Gases Fisicoquimica

CAPÍTULO 2 Gases Los estados de agregación de la materia son tres: el sólido, el líquido y el gaseoso. El sólido puede definirse como aquél en que los cuerpos poseen volumen definido y forma propia a cierta temperatura y presión. Pero, además, para clasificar a un cuerpo sólido como tal, debe ser cristalino, es decir, los átomos, moléculas o iones que lo constituyen han de hallarse agrupados enuna configuración geométrica característica de la sustancia en cuestión. Por otra parte, un líquido posee un volumen definido pero no forma propia, mientras que un gas carece de ambas. Los líquidos y gases se denominan fluidos. Un líquido, en la medida que llene un recipiente adoptará la forma de éste, pero retendrá su volumen, mientras que un gas llenará siempre totalmente cualquier vasija en quese confine El estado particular de agregación de una sustancia está determinado por la temperatura y presión bajo la cual existen. Sin embargo, dentro de ciertos límites de temperatura y presión una sustancia puede encontrarse en más de un estado a la vez, e incluso en todos ellos cuando las condiciones son especiales. Así, a 4.57 mm de Hg de presión y 0.010°C, coexisten el hielo, el agua y elvapor en forma estable. GASES IDEALES Y REALES Por motivos de discusión, conviene clasificarlos en dos tipos: a) gases ideales, y b) gases no ideales o reales. El gas ideal obedece ciertas leyes que se describirán a continuación, mientras que los reales las cumplen sólo a bajas presiones. En los gases ideales, el volumen ocupado por las propias moléculas es insignificante en comparación con elvolumen total, y esto es válido para todas las presiones y temperaturas; además, la atracción intermolecular es ínfima bajo cualquier condición. Para los gases reales, ambos factores son apreciables y la magnitud de ellos depende de la naturaleza, temperatura y presión gaseosa. Resulta claro que un gas ideal es hipotético, ya que cualquier gas debe contener moléculas que ocupan un volumen definido yejercen atracciones entre sí. Sin embargo, con frecuencia la influencia de estos factores es insignificante y el gas puede considerarse ideal. ECUACIONES DE ESTADO Las cuatro cantidades físicas básicas que usaremos para especificar el estado de equilibrio de un sistema constituido por una sola sustancia pura, son n, V, P y T. El estado se puede caracterizar dando los valores de tres de ellas, ya quesiguen una relación entre sí de la forma: F(n, V, P, T) = 0 Aquí F es una relación entre las variables n, V, P y T. Algunas veces F puede ser escrita como una expresión matemática explícita. Otras veces, los valores de las variables en diferentes estados deben ser tabulados sin escribir la función F explícitamente. La ecuación anterior nos dice, simplemente, que para una cantidad n de sustancia,si conocemos dos de las variables V, P, T, el valor de la tercera queda fijo.

Las formas particulares que puede tomar la ecuación, que establece una relación entre las variables de estado, se llaman ecuaciones de estado. GENERALIZACIONES DE LA CONDUCTA DE UN GAS IDEAL Por el estudio de los gases se han llegado a establecer sus leyes o generalizaciones que constituyen el punto de partida de laconducta gaseosa en cualquier discusión. Estas son: a) la ley de Boyle, b) la ley de Charles o Gay Lussac, c) la ley de las presiones parciales de Dalton y d) la ley de difusión de Graham. Otra generalización la constituye el principio de Avogadro. LAS LEYES DE LOS GASES Un gas ideal se define como un gas que sigue esta ecuación de estado: PV = nRT Aquí R es la constante universal de los gases y esindependiente de la naturaleza del gas. El valor de R puede hallarse por el hecho de que 1 mol de cualquier gas ideal en condiciones estándar, es decir 0°C y 1 atmósfera de presión, ocupa un volumen de 22.414 litros. Si expresamos entonces el volumen en litros y la presión en atmósferas, se deduce de la ecuación (2-2) que R vale

Este valor de R puede usarse únicamente cuando el volumen se...