ley de boyle, charles, gases ideales...

1. INSTITUCION​ ​EDUCATIVA​ ​EXALUMNAS​ ​DE​ ​LA​ ​PRESENTACIÓN
GASES
FRANCESCA​ ​ISABELLA​ ​MÉNDEZ
GRADO​ ​DECIMO​ ​TRES
2017

2. INTRODUCCIÓN
En​ ​este​ ​trabajo​ ​estudiaremos​ ​más​ ​a​ ​fondo​ ​el​ ​tema​ ​gases​ ​ya​ ​que​ ​estos​ ​se​ ​forman
cuando​ ​la​ ​energía​ ​de​ ​un​ ​sistema​ ​excede​ ​todas​ ​las​ ​fuerzas​ ​de​ ​atracción​ ​entre
moléculas.​ ​Así,​ ​las​ ​moléculas​ ​de​ ​gas​ ​interactúan​ ​poco,​ ​ocasionalmente​ ​chocándose.
En​ ​el​ ​estado​ ​gaseoso,​ ​las​ ​moléculas​ ​se​ ​mueven​ ​rápidamente​ ​y​ ​son​ ​libres​ ​de​ ​circular
en​ ​cualquier​ ​dirección,​ ​extendiéndose​ ​en​ ​largas​ ​distancias;​ ​el​ ​comportamiento​ ​de
todos​ ​los​ ​gases​ ​se​ ​ajusta​ ​a​ ​tres​ ​leyes,​ ​las​ ​cuales​ ​relacionan​ ​el​ ​volumen​ ​de​ ​un​ ​gas
con​ ​su​ ​temperatura​ ​y​ ​presión.​ ​Los​ ​gases​ ​que​ ​obedecen​ ​estas​ ​leyes​ ​son​ ​llamados
gases​ ​ideales​ ​o​ ​perfectos.
En​ ​el​ ​siguiente​ ​trabajo​ ​abarcaremos​ ​estas​ ​leyes​ ​para​ ​así​ ​tener​ ​un​ ​mejor
entendimiento​ ​de​ ​ellas.
OBJETIVOS
★ repasar​ ​varios​ ​conceptos​ ​como​ ​temperatura,​ ​presión​ ​y​ ​volúmen.
★ experimentar​ ​la​ ​sala​ ​de​ ​Boyle​ ​y​ ​la​ ​de​ ​Charles.
★ realizar​ ​ejercicios​ ​de​ ​las​ ​leyes​ ​estudiadas.

3. MARCO​ ​TEÓRICO
TEMPERATURA
Según la teoría cinética, la temperatura es una medida de la energía cinética media
de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. Dado que la energía cinética
depende de la velocidad, podemos decir que la temperatura está relacionada con
las​ ​velocidades​ ​medias​ ​de​ ​las​ ​moléculas​ ​del​ ​gas.
Hay varias escalas para medir la temperatura; las más conocidas y utilizadas son
las escalas Celsius (ºC), Kelvin (K) y Fahrenheit (ºF). En este trabajo sólo
utilizaremos​ ​las​ ​dos​ ​primeras.
¿Cómo​ ​se​ ​calibra​ ​un​ ​termómetro?
Mientras se está produciendo un cambio de estado la temperatura permanece constante y por
ello​ ​consideramos​ ​los​ ​cambios​ ​de​ ​estado​ ​del​ ​agua​ ​(a​ ​1​ ​atm)​ ​como​ ​puntos​ ​de​ ​referencia.
​​ ​​Punto​ ​de​ ​fusión​ ​del​ ​agua:
La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase sólida y la temperatura
permanece​ ​constante.
​​ ​Los​ ​valores​ ​otorgados​ ​a​ ​este​ ​punto​ ​en​ ​cada​ ​escala​ ​son:
● Celsius:​ ​0
● Kelvin:​ ​273.15
● Fahrenheit:​ ​32

4. ​​ ​​Punto​ ​ebullición​ ​del​ ​agua:
La fase líquida se encuentra en equilibrio con la fase gaseosa y la temperatura
permanece​ ​constante.
​​ ​Los​ ​valores​ ​otorgados​ ​a​ ​este​ ​punto​ ​en​ ​cada​ ​escala​ ​son:
● Celsius:​ ​100
● Kelvin:​ ​373.15
● Fahrenheit:​ ​212
En el intervalo de temperatura comprendido entre los puntos de fusión y ebullición, el agua
permanece líquida. Este intervalo se divide en 100 partes en las escalas Celsius y Kelvin,
mientras​ ​que​ ​en​ ​la​ ​escala​ ​Fahrenheit​ ​se​ ​divide​ ​en​ ​180​ ​partes.
En​ ​los​ ​cálculos​ ​que​ ​vamos​ ​a​ ​realizar​ ​en​ ​este​ ​trabajo​ ​​SIEMPRE​​ ​habrá​ ​que​ ​expresar​ ​la
temperatura​ ​en​ ​kelvin.
PRESION
En​ ​Física,​ ​llamamos​ ​presión​ ​a​ ​la​ ​relación​ ​que​ ​existe​ ​entre​ ​una​ ​fuerza​ ​y​ ​la​ ​superficie
sobre​ ​la​ ​que​ ​se​ ​aplica:
Dado​ ​que​ ​en​ ​el​ ​Sistema​ ​Internacional​ ​la​ ​unidad​ ​de
fuerza​ ​es​ ​el​ ​newton​ ​(N)​ ​y​ ​la​ ​de​ ​superficie​ ​es​ ​el​ ​metro
cuadrado​ ​(m2),​ ​la​ ​unidad​ ​resultante​ ​para​ ​la​ ​presión​ ​es
el​ ​newton​ ​por​ ​metro​ ​cuadrado​ ​(N/m2)​ ​que​ ​recibe​ ​el
nombre​ ​de​ ​pascal​ ​(Pa)

5. Otra unidad muy utilizada para medir la presión, aunque no pertenece al Sistema
Internacional, es el milímetro de mercurio (mm Hg) que representa una presión
equivalente al peso de una columna de mercurio de 1 mm de altura. Esta unidad
está relacionada con la experiencia de Torricelli que encontró, utilizando un
barómetro de mercurio, que al nivel del mar la presión atmosférica era equivalente a
la​ ​ejercida​ ​por​ ​una​ ​columna​ ​de​ ​mercurio​ ​de​ ​760​ ​mm​ ​de​ ​altura.
En este caso la fuerza se correspondería con el peso (m⋅g) de la columna de
mercurio​ ​por​ ​lo​ ​que
Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad por el volumen
(m=d⋅V),​ ​si​ ​sustituimos​ ​será:
​ ​
y dado que el volumen es el producto de la superficie de la base por la altura
(V=S⋅h),​ ​tenemos
y​ ​simplificando​ ​tenemos:
que​ ​nos​ ​permite​ ​calcular​ ​la​ ​presión​ ​en​ ​función​ ​de​ ​la​ ​densidad,​ ​la​ ​intensidad​ ​del​ ​campo
gravitatorio​ ​y​ ​la​ ​altura​ ​de​ ​la​ ​columna.
Sustituyendo​ ​los​ ​correspondientes​ ​valores​ ​en​ ​la​ ​ecuación​ ​anterior​ ​tenemos​ ​que:

6. Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de
choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del
recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por
unidad​ ​de​ ​tiempo​ ​es​ ​mayor.
En​ ​este​ ​trabajo​ ​usaremos​ ​la​ ​atmósfera​ ​(atm)​ ​y​ ​el​ ​milímetro​ ​de​ ​mercurio​ ​(mmHg):
1atm=760mmHg
VOLUMEN
El volumen es el espacio que ocupa un sistema. Recuerda que los gases ocupan
todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. Decir que el
volumen de un recipiente que contiene un gas ha cambiado es equivalente a decir
que​ ​ha​ ​cambiado​ ​el​ ​volumen​ ​del​ ​gas.
En el laboratorio se utilizan frecuentemente jeringuillas como recipientes de volumen
variable​ ​cuando​ ​se​ ​quiere​ ​experimentar​ ​con​ ​gases.

7. Hay
muchas unidades para medir el volumen. En este trabajo usaremos el litro (L) y el
mililitro​ ​(mL)
Su​ ​equivalencia​ ​es:
1L​ ​=​ ​1000​ ​mL
Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el cm3
son​ ​unidades​ ​equivalentes.
LA​ ​CANTIDAD​ ​DE​ ​GAS
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se
encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas
es​ ​el​ ​mol.
Un​ ​mol​ ​es​ ​una​ ​cantidad​ ​igual​ ​al​ ​llamado​ ​número​ ​de​ ​Avogadro:
1​ ​mol​ ​de​ ​moléculas=​ ​6,022·1023​ ​moléculas
1​ ​mol​ ​de​ ​átomos=​ ​6,022·1023​ ​átomos
¡¡¡​ ​602.200.000.000.000.000.000.000​ ​!!!
La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de dicha
sustancia:
Con el siguiente simulador puedes calcular las masas molares de algunas
sustancias puras como el hidrógeno, el metano, el cloro y el yodo. La medida es
correcta​ ​cuando​ ​se​ ​enciende​ ​el​ ​testigo​ ​rojo.

9. EJERCICIOS
LEY​ ​DE​ ​BOYLE
1.
2.

10. LEY​ ​DE​ ​CHARLES
1.
2.

11. LEY​ ​DE​ ​GASES​ ​IDEALES
1.
2.

12. WEBGRAFIA
★ ​ ​​http://www.educaplus.org/gases/index.html