1. Este documento es de distribución gratuita
y llega gracias a
“Ciencia Matemática”
www.cienciamatematica.com
El mayor portal de recursos educativos a tu servicio!
2. www.cienciamatematica.com
LOS GASES
CONTENIDOS
1.- Leyes de los gases:
1.1. Ley de Boyle-Mariotte.
1.2. Ley de Charles Gay.Lussac.
2.- Gases ideales.
3.- Teoría cinética de los gases.
4.- Ecuación general de un gas ideal.
5.- Volumen molar.
6.- Mezcla de gases. Presión parcial.
LEYES DE LOS GASES
Ley de Boyle-Mariotte
A “Temperatura” constante se cumple que:
p x V = constante; p1 × V1 = p2 × V2
Ley de Charles Gay-Lussac
A “p” constante se cumple que:
V V1 V2
= constante ; =
T T1 T2
ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES IDEALES.
Igualmente puede demostrarse que:
p p1 p2
= constante ; =
T T1 T2
Con lo que uniendo las tres fórmulas queda:
p×V
= constante
T
La constante depende de la cantidad de gas.
Para 1 mol Para “n” moles
p×V p×V
=R = n ×R
T T
3. www.cienciamatematica.com
que suele escribirse de la siguiente forma: p × V = n × R × T
en donde R toma el valor: R = 0,082 atm·l/mol·K = 8,31 J/mol·K
Condiciones normales
Se denominan condiciones normales (C.N.) a las siguientes condiciones de presión
y temperatura:
• p = 1 atmósfera
• T = 0 ºC = 273 K
Ejemplo:
A presión de 3 atm y 20 ºC, una cierta masa gaseosa ocupa un volumen de 30 litros.
Calcula el volumen que ocuparía en condiciones normales.
p1 × V1 p2 × V2 p ×V × T 3 atm × 30 l × 273 K
= ⇒ V2 = 1 1 2 = = 83,86 litros
T1 T2 p2 × T1 1atm × 293 K
Ejercicio A:
Calcula la masa molecular de un gas, sabiendo que 32,7 g del mismo ocupan a 50ºC y
3040 mm de Hg de presión un volumen de 6765 ml. ⌦
Ejercicio B:
¿Qué volumen ocupará un mol de cualquier gas en condiciones normales? ⌦
Ejercicio C:
La densidad del gas butano (C4H10) es 1,71 g x L–1 cuando su temperatura es 75 ºC y la
presión en el recinto en que se encuentra 640 mm Hg. Calcula su masa molar. ⌦
TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES (POSTULADOS).
• Los gases están formados por partículas separadas enormemente en
comparación a su tamaño. El volumen de las partículas del gas es despreciable
frente al volumen del recipiente.
• Las partículas están en movimiento continuo y desordenado chocando entre sí y
con las paredes del recipiente, lo cual produce la presión.
• Los choques son perfectamente elásticos, es decir, en ellos no se pierde
energía (cinética).
• La energía cinética media es directamente proporcional a la temperatura.
PRESIÓN PARCIAL
Cuando existe una mezcla de gases se denomina “presión parcial” de un gas a la
presión ejercida por las moléculas de ese gas como si él solo ocupara todo el volumen.
Se cumple, por tanto la ley de los gases para cada gas por separado.
4. www.cienciamatematica.com
Si, por ejemplo hay dos gases A y B, entonces:
pA × V = n A × R × T ; pB × V = nB × R × T
Sumando miembro a miembro ambas ecuaciones: ( pA + pB ) × V = ( nA + nB ) × R × T
Como la suma de la presiones parciales es la presión total: pTotal = pA + pB
se obtiene que: p × V = n × R × T (ecuación general)
La presión parcial es directamente proporcional al nº de moles:
nA pA n
= ⇒ pA = A × p = χ A donde χA se llama fracción molar de A.
n p n
n
Igualmente: pB = B × p = χB
n
nA n n + nB
Sumando ambas presiones parciales: pA + pB = ×p+ B ×p = A ×p= p
n n n
Ejemplo:
Una mezcla de de 4 g de CH4 y 6 g de C2H6 ocupa un volumen de 21,75 litros. Calcula:
a) la temperatura de la mezcla si la presión total es de 0,5 atm; b) la presión parcial de
cada gas.
4g 6g
a) n (CH 4 ) = = 0,25 mol ; n ( C2 H 6 ) = = 0,20 mol
16 g × mol −1 30 g × mol −1
ntotal = n (CH4) + n (C2H6) = 0,25 mol + 0,20 mol = 0,45 mol
p ×V 0,5 atm × 21,75 l
T = = = 295 K
n × R 0,45 mol × 0,082 atm × l × mol −1 × K −1
n (C2H6 ) 0,20 mol
b) p (C2H6 ) = ×p = × 0,5 atm = 0,222 atm
ntotal 0,45 mol
n (CH 4 ) 0,25 mol
p (CH 4 ) = ×p = × 0,5 atm = 0,278 atm
ntotal 0,45 mol
Se comprueba que 0,278 atm + 0,222 atm = 0,5 atm.
Ejercicio D:
En un recipiente de 3 litros introducimos 20 g etanol (C2H6O) y 30 g de propanona
(acetona) (C3H6O) y calentamos hasta los 150 ºC, con lo cual ambos líquidos pasan a
estado gaseoso. Calcula: a) la presión parcial de cada gas.; b) la presión en el interior del
recipiente; c) la fracción molar de cada gas. ⌦
5. 1
GASES
Leyes de los gases
1.- Una cierta cantidad de gas ocupa 200 cm3 a 1,5 atm y 20 ºC. ¿Qué volumen ocupará
a 720 mmHg y 80 ºC? ⌦
2.- a) ¿Qué volumen ocuparán 3,4 moles de N2O5 en condiciones normales? b) ¿Y a
2 atm y 150 ºC? ⌦
3.- Calcula la masa molecular de un gas, sabiendo que 10,67 g del mismo ocupan a
50 ºC y 3610 mm de Hg de presión un volumen de 2125 ml. ⌦
4.- Un recipiente contiene 8 g de CO2, a la presión de 6 atm y 27 ºC de temperatura.
Calcula la cantidad de CO2 que sale del recipiente cuando su presión se reduce a
2 atm. ⌦
5.- En un recipiente de 5,0 litros hay Cl2(g) a 2 atm y 200 ºC. Lo vaciamos y lo llenamos
de N2 (g) hasta alcanzar la misma presión y temperatura, a) ¿Cuántos moles de cloro
y nitrógeno había encerrados en cada momento?; b) ¿Qué masa de cada gas ha
habido encerrada?; c) ¿Cuál es la densidad del cloro en condiciones normales? ⌦
6.- ¿Cuál será la masa molecular de un gas si sabemos que 2,44 g del mismo ocupa
500 cm3 a 1,5 atm y 27 ºC? ⌦
7.- ¿Cuál será la densidad del gas metano… a) en condiciones normales? b) ¿a 50ºC y
1,7 atm? ⌦
8.- La densidad de un gas que contiene cloro es 3,58 g/L a 1,2 atm y 17 ºC. a) ¿Cuál
será su masa molecular? b) ¿De qué gas se trata? ⌦
9.- 6,76 g de un gas ocupa un volumen de 2 litros a 680 mm de Hg y 40 ºC. Averigua su
fórmula molecular si se sabe que su composición centesimal es de 73,20 % de Cl,
24,74 % de C y 2,06 % de H. ⌦
10.- La atmósfera tiene aproximadamente un 21 % en masa de oxígeno, un 78 % de de
nitrógeno y un 1 % de argón. ¿Cuál es la fracción molar y la presión parcial de cada
gas a presión atmosférica? ⌦
Soluciones a los ejercicios
p × V p' × V ' p × V × T ' 1,5 atm × 200 cm3 × 353 K 760 mmHg
1. ⌫ = ⇒V' = = × = 381, 5 cm 3
T T' T × p' 293 K × 720 mmHg 1atm
l
2. ⌫ a) V = n × Vmolar = 3, 4 mol × 22 , 4
= 76, 2 litros
mol
n × R × T 3,4 mol × 0,082 atm × l × 423 K
b) V = = = 59, 0 litros
p mol × K × 2 atm
m × R ×T 10,67 g × 0,082 atm × l × 323 K 760 mm Hg g
3. ⌫ M= = × = 28, 0
p ×V mol × K × 2 ,125 l × 3610 mm Hg 1 atm mol
6. 2
4. ⌫ El recipiente tendrá un volumen:
m × R ×T 8 g × 0,082 atm × l × 300 K
V= = = 0 , 745 litros
M× p 44 g × mol −1 × mol × K × 6 atm
V ×M× p 0, 745 l × 44 g × mol −1 × 2 atm
m= = = 2,67 g
R ×T 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 300 K
Por tanto, salen del recipiente 8 g – 2,67 g = 5,33 g
p ×V 2 atm × 5,0 l
5. ⌫ a) n = = = 0, 258 moles tanto de Cl2 como de N2.
R × T 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 473 K
V ×M× p 5,0 l × 70,9 g × mol −1 × 2 atm
b) m = = = 18, 3 g de Cl 2
R ×T 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 473 K
V ×M× p 5,0 l × 28, 0 g × mol −1 × 2 atm
m= = = 7, 22 g de N 2
R ×T 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 473 K
d × R ×T M× p 70,9 g × mol −1 ×1 atm g
c) M = ⇒d = = −1 −1
= 3,17
p R × T 0,082 atm × l × mol × K × 273 K l
m × R × T 2,44 g × 0,082 atm × l × 300 K g
6. ⌫ M= = = 80, 0
p ×V mol × K × 0 ,5 l × 1,5 atm mol
M× p 16,0 g × mol −1 ×1 atm g
7. ⌫ a) d = = −1 −1
= 0, 71
R × T 0,082 atm × l × mol × K × 273 K l
M× p 16,0 g × mol −1 ×1,7 atm g
b) d = = −1 −1
= 1, 03
R × T 0,082 atm × l × mol × K × 323 K l
d × R × T 3,58 g × l −1 × 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 290 K g
8. ⌫ a) M = = = 70, 9
p 1, 2 atm mol
b) Obviamente se trata de Cl2, ya que su masa molecular es justo el doble de su masa atómica.
m × R × T 6,76 g × 0,082 atm × l × 313 K 760 mmHg g
9. ⌫ M = = × = 95,96
p ×V mol × K × 680 mmHg × 2 l 1 atm mol
95,96
Por cada mol de compuesto habrá: 73, 20 × g Cl = 70 ,97 g de Cl
100
95,96 95,96
24,74 × g C = 23,99 g de C y 2, 06 × g H = 2,00 g de H
100 100
70 ,97 g de Cl 3,99 g de C 2 , 00 g de H
−1
2 mol de Cl ; −1
2 mol de C ; 2 mol de H
35, 45 g × mol 12 , 0 g × mol 1, 0 g × mol −1
luego su fórmula molecular será: C2H2Cl2
21 g de O 2 78 g de N 2
10. ⌫ En 100 g de aire hay: −1
= 0 , 656 mol de O 2 ; = 2 , 786 mol de N 2
32 , 0 g × mol 28, 0 g × mol −1
1 g de Ar
y = 0 , 025 mol de Ar
39 ,9 g × mol −1
El número de moles total será: (0,625 + 2,786 + 0,025) mol = 3,436 moles
Y las fracciones molares de cada gas son:
7. 3
0 , 625 mol 2 , 786 mol 0 , 025 mol
χ (O 2 ) = = 0,18 ; χ (N 2 ) = = 0, 81 ; χ (Ar) = = 0, 01
3, 436 mol 3, 436 mol 3, 436 mol
Soluciones a los ejercicios de los apuntes:
m m
A.- ⌫ Como n=⇒ p ×V = × R × T
M M
Despejando M queda:
m × R ×T 32 g × 0,082 atm × l × 323 K 760 mm Hg g
M= = × = 32
p ×V mol × K × 6 , 765 l × 3040 mm Hg 1 atm mol
B.- ⌫ Despejando el volumen:
n × R × T 1 mol × 0,082 atm × l × 273 K
V= = = 22, 4 litros
p mol × K × 1 atm
El volumen de un mol (V/n) se denomina volumen molar, que se expresa como 22,4 l/mol y es
idéntico para todos los gases tal y como indica la hipótesis de Avogadro.
m m × R ×T m d × R ×T
C.- ⌫ Como: n = ⇒ M= y como la densidad: d = ⇒ M=
M (C 4 H10 ) p ×V V p
d × R × T 1,71 g × 0,082 atm × l × 384,15 K 760 mm Hg g
M= = × = 58
p l × mol × K × 640 mm Hg 1 atm mol
que coincide con el valor numérico calculado a partir de Mat:
M (C4H10) = 4 Mat(C) +10 Mat(H)= 4 ·12 u + 10 ·1 u = 58 u
m 20 g m 30 g
D.- ⌫ a) n (C 2 H 6 O) = = −1
= 0 , 43 mol ; n (C3 H 6 O) = = = 0 ,52 mol
M 46 g × mol M 58 g × mol −1
n(C2 H 6 O) × R × T 0,43 mol × 0,082 atm × l × 423 K
p (C 2 H 6 O) = = = 5, 03 atm
V mol × K × 3 l
n(C3 H 6 O) × R × T 0,52 mol × 0,082 atm × l × 423 K
p(C3 H 6 O) = = = 5, 98 atm
V mol × K × 3 l
b) ptotal = p (C 2 H 6 O) + p (C3 H 6 O) = 5,03 atm + 5,98 atm = 11, 01 atm
c) ntotal = n(C 2 H 6 O) + n(C3 H 6 O) = 0 , 43 mol + 0,52 mol = 0 ,95 mol
n(C 2 H 6 O) 0 , 43 mol n(C3 H 6 O) 0,52 mol
χ (C2 H 6 O)= = = 0, 45 ; χ (C3 H 6 O)= = = 0, 55
ntotal 0,95 mol ntotal 0 ,95 mol
Podemos comprobar que las presiones parciales de cada gas pueden obtenerse
multiplicando la presión total por cada fracción molar respectiva.