Bienvenidos a mi blogger "El Arte De La Físico Química", en el descubriremos el maravilloso mundo de la Físico Química , experimentaremos y aprenderemos.
Espero esto sea de su ayuda.
viernes, 9 de enero de 2015
jueves, 8 de enero de 2015
EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
VELOCIDAD DE REACCIÓN
La velocidad de reacción nos debe de indicar lo deprisa que se efectúa la reacción y como siempre que queremos medir lo deprisa que sucede algo, se medirá la cantidad que se transforma en la unidad de tiempo.
Sin duda la velocidad dependerá de la naturaleza de los reactivos, pero además intervendrán otros factores que nos permitirán aumentar la velocidad que serán:
Cualquier forma de favorecer el contacto entre los reactivos, porque para poder reaccionar, romperse unos enlaces y formarse otros tendrá que existir un contacto entre las moléculas, iones, etc.
Aumentando la temperatura.
Utilizando catalizadores.
Sin duda la velocidad dependerá de la naturaleza de los reactivos, pero además intervendrán otros factores que nos permitirán aumentar la velocidad que serán:
Cualquier forma de favorecer el contacto entre los reactivos, porque para poder reaccionar, romperse unos enlaces y formarse otros tendrá que existir un contacto entre las moléculas, iones, etc.
Aumentando la temperatura.
Utilizando catalizadores.
TEORÍA DE LAS COLISIONES
ente entre sí, y por lo tanto:
“La velocidad de una reacción es proporcional al número de colisiones producidas por unidad de tiempo entre las moléculas de los reactivos.”
De acuerdo con esta teoría, cualquier factor que haga aumentar la frecuencia con la que tienen lugar dichas colisiones, deberá aumentar la velocidad de la reacción (o lo que es lo mismo, su constante cinética).
Sin embargo, no todas las colisiones que tienen lugar entre las moléculas de los reactivos van a dar lugar a productos, ya que no todas las colisiones son efectivas. Si así fuera, las reacciones entre sustancias líquidas o disueltas serían muy rápidas, ya que en estos estados, el número de choques es muy grande (entorno a 1030 por segundo), y en la práctica, muy pocas reacciones tienen lugar a altas velocidades. La mayoría son relativamente lentas debido a que muchas de las colisiones producidas no son efectivas y no se traducen en la formación de productos.
Para que las colisiones sean efectivas hay dos aspectos importantes que deben cumplirse:
2 HI
FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
Para que dos sustancias reaccionen, sus moléculas, átomos o iones deben chocar. Estos choques producen un nuevo ordenamiento electrónico y, por consiguiente un nuevo ordenamiento entre sus enlaces químicos, originando nuevas sustancias.
1. Temperatura
Según la Teoría Cinética, la temperatura aumenta la energía cinética de las moléculas o iones y por consiguiente el movimiento de estos, con lo cual, aumenta la posibilidad de choques entre las moléculas o iones de los reactivos, aumentando la posibilidad de que ocurra la reacción o acelerando una reacción en desarrollo.
2. Superficie de contacto
Cuando una o todas las sustancias que se combinan se hallan en estado sólido, la velocidad de reacción depende de la superficie expuesta en la reacción. Cuando los sólidos están molidos o en granos, aumenta la superficie de contacto y por consiguiente, aumenta la posibilidad de choque y la reacción es más veloz.
Lo mismo ocurre cuando las sustancias reaccionantes no son miscibles entre sí, como por ejemplo, en la hidrólisis neutra de un aceite, se hace reaccionar éste con agua, para lograrlo, el agua de la parte inferior (recordemos que el aceite es más liviano que el agua) se recircula hacia la parte superior rociándola sobre la superficie del aceite.
3. Agitación
La agitación es una variante del punto anterior, lo que se logra agitando las sustancias reaccionantes, es mezclar íntimamente los reactivo aumentando la superficie de contacto entre ellos.
4. Concentración
La velocidad de una reacción química es proporcional a la concentración en moles por litro (moles/litro), de las sustancias reaccionantes.
Si dos sustancias homogéneas A y B (gases o soluciones) reaccionan:
A + B ® C + D (6)
La velocidad de la reacción es:
V = [A].[B] (7)
En la que los corchetes señalan concentraciones en moles por litro. Observemos que si duplicamos la concentración, por ejemplo, de la sustancia A, la velocidad de la reacción se duplica:
V* =2 [A].[B] (8)
Si las sustancias que reaccionan son gaseosas, la concentración de las mismas aumenta disminuyendo el volumen, lo que se logra aumentando la presión.
En la figura anterior se observa, que aumentando la presión las moléculas de las sustancias reaccionantes se aproximan entre sí, acrecentando la posibilidad de choque entre sus moléculas, y por consiguiente se acelera la reacción.
6. Catalizadores
Se llaman catalizadores a las sustancias que intervienen en las reacciones, acelerándolas o retardándolas y que siguen presentes al finalizar la reacción, es decir que no se consumen en esta, no son parte de los productosreaccionantes. Las sustancias que retardan la velocidad de reacción se denominan inhibidores.
i. Catalizadores de contacto o heterogéneos:
No reaccionan químicamente con las sustancias del sistema: adsorben en su superficie, las moléculas de esas sustancias reaccionantes, aumentan, por consiguiente, el número de choques entre ellas y aceleran la reacción.
Una reacción en la cual los reactantes y el catalizador no están en la misma fase (estado) es una reacción heterogénea. Este tipo de catalizadores generalmente producen una superficie donde las sustancias pueden reaccionar, estos catalizadores funcionan adsorbiendo alguno de los reactantes, debilitando el enlace en cuestión hasta el punto en que el otro reactante rompe dicho enlace. La adsorción es la adherencia de una sustancia a la superficie de otra.
ii. Catalizadores de transporte u homogéneos:
Estos catalizadores actúan interviniendo en la reacción y luego se regeneran al finalizar la misma. Un catalizador homogéneo se encuentra en la misma fase (estado) que los reactantes
Son características de los catalizadores:
a) Gran desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan y la pequeña masa del catalizador.
b) El catalizador se halla igual al final del proceso, que al comienzo de él.
c) Un catalizador no produce una reacción que sin él no se realiza, solo modifica la velocidad de la misma.
d) Los catalizadores son específicos de cada reacción o de un cierto grupo de reacciones.
La absorción de las impurezas que acompañan a las sustancias reaccionantes, pueden disminuir o detener la acción del catalizador. Estas sustancias que retardan la acción de los catalizadores se denominan venenos del catalizador.
Resumiendo: para aumentar la velocidad de una reacción, se debe aumentar la posibilidad de choque entre las moléculas, iones o átomos de las sustancias reaccionantes, modificando las variables enumeradas que el proceso permita.
EXPRESIÓN MATEMÁTICA DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
La ecuación de velocidad cinética es una ecuación matemática que
relaciona la velocidad de reacción con las variables de que depende
(fundamentalmente con la composición del sistema: numero de
moles, concentraciones o, en gases, presiones parciales).
En la ecuación cinética pueden aparecer variables relacionadas con
cualquier especie química presente en el sistema durante la reacción:
reactivos, productos, catalizadores, disolvente, especies interese, etc.
En algunos sistemas reactivos:
a A + b B + ... → d D + e E + ...
la ecuación cinética adopta una forma especialmente sencilla:
v = k · [A]α
· [B]β
...[D]δ
· [E]
...
En ese caso se dice que la reacción tiene orden definido.
(Fundamentos de Química, Grado en Física) Cinética química Enero–Mayo, 2011 4 / ecuación de velocidad
Se denomina orden parcial respecto a la sustancia j al exponente a
que aparece elevada la concentración de dicha sustancia.
El orden total, n es la suma algebraica de los exponentes:
n = α + β + ...
Los ´ordenes de reacción pueden ser números positivos o negativos,
enteros o fraccionarios y no están ligados a los coeficientes
estequiometricos de la reacción (global). Sus valores no dependen de
como se ajuste la reaccion.
La K que aparece en la ecuacion cinetica recibe el nombre de
constante de velocidad y es funcion de la temperatura. Al aumentar
la temperatura, la constante de velocidad tambien aumenta.
La constante de velocidad tiene unidades que, en el caso de
ecuaciones en terminos de concentraciones molares, son:
s
−1
· mol1−n
· L
n−1
EL ESTADO LIQUIDO Y SOLIDO DE LA MATERIA PRECIO
CARACTERÍSTICAS DEL ES ESTADO LIQUIDO DE LA MATERIA:
Un “líquido” es un estado de la materia con una densidad y volumen definidos, pero sin una forma particular puede cambiar fácilmente si es sometido a una fuerza.
Las cantidades de líquidos se miden en unidades de volumen, principalmente en metros cúbicos y sus divisiones, particularmente el decímetro, conocido como litro. El volumen de un líquido está fijado por su temperatura y su presión.
FUERZAS INTERMOLECULARES EN LA MATERIA
En este trabajo, queremos dar a conocer una clara definición de lo que es la presión de vapor de un liquido, como es el comportamiento de una substancia al someterla a ciertos cambios de temperatura y la influencia que estos cambios tienen sobre la presión de vapor en el liquido.
Para poder entender mejor estos comportamientos necesitamos de unas herramientas de mucha ayuda, las ecuaciones termodinámicas, de las cuales veremos cual es su procedencia y su respectiva utilidad.
Como en todo, para poder comprender mejor cualquier cosa, es mucho mejor tener claros ciertos conceptos, en nuestro caso daremos unas definiciones de algunos términos que necesitamos para una mejor asimilación.
La Presión de Vapor de los Líquidos es una de las propiedades más adecuadas para el conocimiento de lo que es el estado liquido, esta propiedad se encuentra defendida como la presión del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el liquido.
Esto ocurre cuando un liquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por que en el momento que se da la vaporización aumenta el numero de moléculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presión ejercida por el vapor. Esta presión se debe a los choques de las moléculas que lo forman contras las superficies que lo están limitando. Pero cuando estas moléculas gaseosas chocan contra la superficie del liquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las moléculas del liquido y quedan retenidas allí formando otra ves parte del liquido.
En este trabajo, queremos dar a conocer una clara definición de lo que es la presión de vapor de un liquido, como es el comportamiento de una substancia al someterla a ciertos cambios de temperatura y la influencia que estos cambios tienen sobre la presión de vapor en el liquido.
Para poder entender mejor estos comportamientos necesitamos de unas herramientas de mucha ayuda, las ecuaciones termodinámicas, de las cuales veremos cual es su procedencia y su respectiva utilidad.
Como en todo, para poder comprender mejor cualquier cosa, es mucho mejor tener claros ciertos conceptos, en nuestro caso daremos unas definiciones de algunos términos que necesitamos para una mejor asimilación.
La Presión de Vapor de los Líquidos es una de las propiedades más adecuadas para el conocimiento de lo que es el estado liquido, esta propiedad se encuentra defendida como la presión del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el liquido.
Esto ocurre cuando un liquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por que en el momento que se da la vaporización aumenta el numero de moléculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presión ejercida por el vapor. Esta presión se debe a los choques de las moléculas que lo forman contras las superficies que lo están limitando. Pero cuando estas moléculas gaseosas chocan contra la superficie del liquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las moléculas del liquido y quedan retenidas allí formando otra ves parte del liquido.
PUNTO DE EBULLICIÓN
Temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.
El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales ( 1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión. Para las sustancias que hierven en el intervalo de la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura es de aproximadamente 0.3º/kPa o 0.04º/mm Hg (donde la presión es aproximadamente de una atmósfera).
El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 K) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 K).
TENSIÓN SUPERFICIAL
Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté "cohesionado". Cuando hay una superficie, las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los lados, horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie. El resultado es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas hacia el interior de éste. Para algunos efectos, esta película de moléculas superficiales se comporta en forma similar a una membrana elástica tirante (la goma de un globo, por ejemplo). De este modo, es la tensión superficial la que cierra una gota y es capaz de sostenerla contra la gravedad mientras cuelga desde un gotario. Ella explica también la formación de burbujas.
La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie (la "goma" que se menciona antes") dividida por lalongitud del borde de esa superficie (OJO: no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino dividida por la longitud del perímetro de esa superficie).
DENSIDAD
Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de unasustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá:
d = m/v
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m³) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m³, la densidad será de: 1000 kg/m³
La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida elgramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será:
Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.
CAPILARIDAD
La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual, a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.
Para entenderlo, veamos un experimento clásico:
En un recipiente se vierte agua (coloreada de un cierto tinte para ver con mayor claridad el efecto que se produce).
Se introduce en el recipiente un tuvo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascenderá por el tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura será tal que el peso del líquido que quede dentro del tubo sea igual a la tensión superficialde dicho líquido.
Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el agua que ascenderá por él llegará a menor altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.
Si se tuviese un tubo tan fino como el de un cabello, la cantidad de líquido ascendería mucho más en altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.
A este fenómeno se le conoce como Capilaridad líquida.
Si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en él se verá cómo en el tubo grueso el agua alcanza menos altura que en el fino, como se ilustrra en la figura a la izquierda.
Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua (tal como se compara en la misma figura) resultará que en el tubo grueso el mercurio alcanza más altura que en el fino.
Además, en el primer caso, se puede ver que el agua se une con la pared del tubo (menisco) de forma cóncava, mientras que con el mercurio lo hace de forma convexa.
El líquido sube hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y ésta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.En palabras más sencillas, cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente.
Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión a las paredes del capilar (como el caso del mercurio), la tensión superficial hace que el líquido llegue a un nivel inferior, y su superficie es convexa.
VISCOSIDAD
Una forma de apreciarse la viscosidad de un fluido es observando la facilidad o dificultad que este tiene para adaptarse a la forma de un recipiente o a fluir por un conducto.
CARACTERÍSTICAS DEL ESTADO SOLIDO DE LA MATERIA
Elasticidad
Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.
Dureza:
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
Inercia:
Tenacidad:
Maleabilidad:
SÓLIDOS AMORFOS
El sólido amorfo es un estado sólido de la materia en el que las partículas que conforman el sólido carecen de formas y caras definidas, y a su vez de una estructura ordenada.
Existen varios métodos de obtención de estos sólidos. Uno de los métodos más antiguos y más empleados es el de la fundición templada, del que se conocen algunas variedades:
· Bloque congelado
· Templado con líquido
· Templado al aire
· Condensación del vapor
Cabe destacar que un mismo compuesto, según su estado de solidificación, puede formar un sólido amorfo o una red cristalina.
Sólido amorfo destacado: Vidrio.
SÓLIDOS CRISTALINOS
Los sólidos cristalino están compuestos por átomos cuya estructura está ordenados de manera regular formando redes cristalina, cuya configuración regular puede alcanzar distancias my grandes.
Una base para clasificar los sólidos cristalinos es la naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos los átomos en el ordenamiento de la red cristalina. La energía de cohesión de los átomos en un cristal, depende de las fuerzas de enlace dominantes entre esos átomos.
Los sólidos cristalinos pueden ser de carácter iónicos, covalentes, moleculares o metálicos.
Leyes Aplicadas De Los Gases
Las Características y Leyes los Gases
propiedades:
1. Expansión
Un gas no tiene forma ni volumen definidos. Adquiere la forma y el volumen del recipiente en el que se encuentra.2. Presión
Define el sentido del flujo de la masa gaseosa a menos que alguna causa lo impida.3. Densidad
La densidad es la relación que existe entre la masa de una sustancia y su volumen. En el estado gaseoso es menor que la densidad de la sustancia en estado sólido o estado líquido.
Ej.: Oxígeno 0,001429 g/cc (gas), 1,149 g/cc (liq) y 1,426 g/cc (sol)
4. Difusión
Es el proceso de dispersión espontánea sin ayuda adicional, para que un gas ocupe uniformemente un espacio. Es una característica propia de los gases.
Un gas no tiene forma ni volumen definidos. Adquiere la forma y el volumen del recipiente en el que se encuentra.2. Presión
Define el sentido del flujo de la masa gaseosa a menos que alguna causa lo impida.3. Densidad
La densidad es la relación que existe entre la masa de una sustancia y su volumen. En el estado gaseoso es menor que la densidad de la sustancia en estado sólido o estado líquido.
Ej.: Oxígeno 0,001429 g/cc (gas), 1,149 g/cc (liq) y 1,426 g/cc (sol)
4. Difusión
Es el proceso de dispersión espontánea sin ayuda adicional, para que un gas ocupe uniformemente un espacio. Es una característica propia de los gases.
MAGNITUDES::
1. Presión
Es la fuerza por unidad de área. Se trata de la fuerza que ejerce el gas contra las paredes del recipiente que lo contiene. En el caso de los gases, es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica, que es “la presión que, a Oo C y al nivel del mar, ejerce sobre una superficie de 1 cm2 una columna de mercurio de 76cm”.
UNIDADES
1 at = 76 cmHg = 760 mm Hg = 760 Torr = 14,7 lb/pulgs
2. Volumen
Es el espacio que ocupa un gas.
UNIDADES
1m3 = 1000 l = 1000 dm3
1 l = 1dm3
1l = 1000 ml = 1000 cm3
1 ml = 1 cm3 = 1cc
3. Temperatura
Es el nivel calorífico de una sustancia.
UNIDADES
Generalmente se emplea la escala Kelvin cuando se trabaja con gases. pero aquí se muestra una tabla de conversiones:
Es la fuerza por unidad de área. Se trata de la fuerza que ejerce el gas contra las paredes del recipiente que lo contiene. En el caso de los gases, es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica, que es “la presión que, a Oo C y al nivel del mar, ejerce sobre una superficie de 1 cm2 una columna de mercurio de 76cm”.
UNIDADES
1 at = 76 cmHg = 760 mm Hg = 760 Torr = 14,7 lb/pulgs
2. Volumen
Es el espacio que ocupa un gas.
UNIDADES
1m3 = 1000 l = 1000 dm3
1 l = 1dm3
1l = 1000 ml = 1000 cm3
1 ml = 1 cm3 = 1cc
3. Temperatura
Es el nivel calorífico de una sustancia.
UNIDADES
Generalmente se emplea la escala Kelvin cuando se trabaja con gases. pero aquí se muestra una tabla de conversiones:
leyes de los gases
Ley de Avogadro:
Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.
El volumen es directamente proporcional a la cantidad de gas:
•Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen.
•Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.
amos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presión dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original.
Según hemos visto en la animación anterior, también podemos expresar la ley de Avogadro así:
(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante)
Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n2, entonces el volumen cambiará a V2, y se cumplirá:
que estra manera de expresar la ley de Avogadro.
Ejemplo:
Sabemos que 3.50 L de un gas contienen 0.875 mol. Si aumentamos la cantidad de gas hasta 1.40 mol, ¿cuál será el nuevo volumen del gas? (a temperatura y presión constantes)
Solución: Usamos la ecuación de la ley de Avogadro : V1n2 = V2n1
(3.50 L) (1.40 mol) = (V2) (0.875 mol)
Comprueba que si despejamos V2 obtenemos un valor de 5.60 L.
LEY DE BOYLE MARIOTTE:
Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
El volumen es inversamente proporcional a la presión:
•Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
•Si la presión disminuye, el volumen aumenta. |
¿Por qué ocurre esto?
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.
Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:
(el producto de la presión por el volumen es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:
que es otra manera de expresar la ley de Boyle.
Ejemplo:
4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?
Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P1V1 = P2V2.
(600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V2)
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.
LEY DE GAY LUSSAC:
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. |
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.
Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:
(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:
que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.
Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.
Ejemplo:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
970 mmHg
|
760 mmHg
| |
------------
|
=
|
------------
|
298 K
|
T2
|
Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.
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.
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye. |
¿Por qué ocurre esto?
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).
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.
Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía laescala absoluta de temperatura.
Ejemplo:
Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?
Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273 ) K= 283 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
2.5L
|
V2
| |
-----
|
=
|
-----
|
298 K
|
283 K
|
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.
LEY DE LOS GASES IDEALES:
Las leyes de Boyle y de Charles pueden cambiarse para proporcionarnos una ley más general que relacione la presión, el volumen, y la temperatura.
Consideremos una masa de gas que ocupa un Volumen V1 a la temperatura T1 y presión P1. Supongamos que manteniendo constante la temperatura T1, se produce una interacción mecánica entre el sistema y el medio exterior, de forma que la presión alcanza el valor P2 y el volumen que ocupa el gas se convierte en Vx. Para este proceso se cumplirá según la ley de Boyle
Si a continuación el gas interacciona térmicamente con el medio exterior, su presión seguirá siendo P2 mientras que la temperatura pasará a T2 y por consiguiente el volumen alcanzará el valor V2. Para este proceso de acuerdo con la ley de Charles
Igualando las ecuaciones 1.40 y 1.41 se obtiene:
El valor de la constante se determina a partir de las consideraciones de Avogadro. Este hace uso de razonamientos de naturaleza microscópica para justificar el comportamiento macroscópico de la materia de diferentes gases, que a la misma presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas; deduce que en un mol de cualquier sustancia existe el mismo número de moléculas que calcula en 6.023x1023 .
Para un mol la hipótesis de Avogadro se suele formular diciendo que los volúmenes ocupados por un mol de cualquier gas a igual presión y temperatura son iguales.
Experimentalmente se comprueba que a 1 atm de presión y a una temperatura de 0ºC ese volumen es 22. 4136 l (SI 101.325 kPa ; 0ºC, 1 kmol ocupará un volumen de 22.4136 m3 ).
El resultado dado por la ecuación puede expresarse en función del número de moles de la sustancia, ya que el volumen es proporcional a dicho número; luego podrá escribirse:
donde n = m / M siendo m la masa en kg y M la masa molecular del gas
sustituyendo en 1.44 la constante universal
Otras formas:
Donde R es la constante específica para cada gas.
LEY GENERAL DE LOS GASES IDEALES:
Consideremos una determinada cantidad de gas ideal confinado en un recipiente donde se puede variar la presión, el volumen y la temperatura, pero manteniendo la masa constante, o sea, sin alterar el número de moles.
A partir de la ecuación de Clapeyron, podemos establecer la siguiente relación:
Como fue descrito, el número de moles n y R son constantes. Se concluye entonces:
Esto es, si variamos la presión, el volumen y la temperatura del gas con masa constante, la relación recién expresada, dará el mismo resultado. Para entender mejor lo que esto significa, observe la figura a continuación:
Tenemos el gas ideal en tres estados diferentes, pero si establecemos la relación de presión, volumen y temperatura, descritos en la primera ecuación, se llega a los siguientes resultados.
Observamos que las tres ecuaciones dan el mismo resultado, lo cual significa que ellas son iguales. Entonces podemos obtener la siguiente ecuación final:
Esta relación es conocida como la ecuación general de los gases ideales.
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