Este documento presenta las leyes fundamentales de los gases, incluyendo las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Explica conceptos como presión, temperatura, densidad y difusión de gases. Incluye ejemplos de aplicaciones como la composición del aire y mezclas de gases medicinales. Finalmente, propone algunos problemas sobre cálculos relacionados a las propiedades de los gases.

1. 2015 - II
FÍSICA MÉDICA
LEYES DE LOS GASES
Facultad de
Medicina
Humana
Ing. Rubén
Cueva García

2. Leyes de los gases:
Gas ideal y gas real.
Teoría cinética de los gases.
Definición operacional de temperatura.
Leyes de Boyle y de Charles.
Ley de Avogadro.
Las derivadas parciales y ecuación de
estado de los gases ideales.
Presiones parciales de Dalton.
Ley de Graham: Difusión gaseosa.
Ley de Henry: Solubilidad de los gases.
Problemas.

3. El aire está compuesto principalmente por
nitrógeno, oxígeno y argón. El resto de los
componentes, entre los cuales se encuentran
los gases de efecto invernadero, son vapor de
agua, dióxido de carbono, metano, óxido
nitroso, ozono, entre otros. En pequeñas
cantidades pueden existir sustancias de otro
tipo: polvo, polen, esporas y ceniza volcánica.

4. Postulados de la Teoría Cinética de los Gases
1. Las moléculas están en rápido y continuo
MOVIMIENTO errático (caótico).
2. Los gases se componen de
moléculas y la DISTANCIA
promedio entre ellas es muy
grande en comparación al
volumen real que ocupan.
3. Las moléculas realizan CHOQUES ELÁSTICOS entre
sí
4. Las fuerzas de cohesión o ATRACCIÓN
(intermoleculares) en los gases son casi nulas.

6. La temperatura de un gas monoatómico es una medida
relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas al
moverse.
La presión es el resultado macroscópico de las fuerzas
implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las
paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto
haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas.
La «energía cinética» está asociada a los movimientos de las
partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional,
o en forma de vibraciones.

7. Se puede mostrar que la presión ejercida por un gas ideal de N
moléculas cada una de masa m, en un volumen V esta dada por
En donde es el valor promedio de la rapidez al cuadrado, de todas las
moléculas en el volumen.
De los gases ideales por lo tanto
V
vNm
P
3
2

2
v
V
NkT
P 
kTmvE
vmkT
V
vNm
V
NkT
c
2
3
2
1
3
3
2
2
2



Energía promedio

10. Presión atmosférica = 1 atm
1,00 atm = 760 mm Hg = 760 torr =101,325 kPa =
1,01325 bar = 1013,25 mbar
Fg
Fa

11. esfigmomanómetro, esfingómetro o
tensiómetro
NO mide presión en gases
Mide presión arterial en forma indirecta

12. 12
Ley de Boyle - Mariotte
Ley de Boyle (1662)
V =
k
P
PV = constante (k)
para n y T constantes
Para 2 estados distintos:
P1V1 = cte = P2V2
La presión de un gas ideal
en procesos isotérmicos
es inversamente
proporcional al volumen.

14. PRESIÓN CRÍTICA
VAPOR: Aquel gas que se puede condensar
por presurización a temperatura constante
o por enfriamiento a presión constante.
Fase gas de una sustancia cuando ésta se
encuentra por debajo de su temperatura
crítica
TEMPERATURA CRÍTICA
Temperatura máxima hasta la cual el gas
puede ser licuado por comprensión
Por debajo de su temperatura crítica
aplicando presión el gas pasa a líquido
(condensa).

15. LEY DE BOYLE MARIOTTE CON DENSIDADES
M2M1
D1 D2
LA MASA ES CONSTANTE M1 = M2
D1 D2
P1 P2=

16. Ley de Charles
Charles (1787) V  T
V = k T
para n y P constantes
Para 2 estados:
V1/T1= cte=V2/T2
En procesos isobáricos el
volumen aumenta en forma
directamente proporcional a
la temperatura absoluta

18. LEY DE CHARLES CON DENSIDADES
D1 T2 = D2 T1
V1
V2
=
T1
T2
LA DENSIDAD Y LA
TEMPERATURA SON
INVERSAMENTE
PROPORCIONALES

19. Ley de Gay-Lussac
Gay-Lussac (1802) P a T
En gas ideal al aumentar la temperatura entonces
aumenta la presión en forma directamente proporcional
(procesos isocóricos).
P = k T
para n y V constantes
Para 2 estados:
P1/T1= cte=P2/T2

23. GAS: fluido de
baja densidad

24. El valor de R se calcula a partir del volumen
molar en CNPT:
Por definición n (número de moles) se calcula
dividiendo la masa de un gas por el peso
molecular Mr (masa molar relativa del mismo).

29. LEY DE AVOGADRO

30. CHOSICA

31. LEY DE GRAHAM (DIFUSIÓN)

43. Un gas real exhibe propiedades que no pueden ser explicadas
enteramente utilizando la ley de los gases ideales. A presiones altas y
bajas temperaturas. Para entender el comportamiento de los gases reales,
debe ser tomado en cuenta MASA Y VOLUMEN MOLARES, efectos de
compresibilidad, capacidad calorífica específica variable,
fuerzas de Van der Waals, efectos termodinámicos
del no-equilibrio, cuestiones con disociación
molecular y reacciones elementales con
composición variable.
Para la mayoría de aplicaciones, un análisis tan detallado es innecesario, y la
aproximación de gas ideal puede ser utilizada con razonable precisión.

49. Cierto gas se encuentra
en un recipiente de 10
litros a 134 atmósferas
y 20 °C. El gas se
expande hasta un
volumen de 20 litros a
la presión de 50
atmósferas. Determine
la temperatura a la
cual deberá someterse.
Pc = 33,5
Tc = 195 °K

60. PROBLEMAS
1.Los gases medicinales de análisis cardiopulmonar (también conocidos como gases medicinales
de pruebas pulmonares) se componen de mezclas de gases que contienen un gas trazador.
estas mezclas de gases miden las diferentes funciones de los pulmones para ayudar en la
evaluación de pacientes con trastornos pulmonares graves como el asma, la enfermedad
pulmonar obstructiva crónica o la enfermedad pulmonar intersticial. Uno de estos gases es
helio, en un laboratorio se tienen 10 litros de He a 27°C y densidad 1,8 g/L. Se calienta
En un recipiente de tapa móvil hasta 177°C ¿cuál es su densidad final? Rpta: 1,2 g/L
2. La mezcla de oxígeno y helio (heliox) consigue disminuir el trabajo respiratorio y
mejorar el intercambio gaseoso sin efectos adversos significativos. Una mezcla de
helio/oxígeno en relación porcentual 20/80 tiene densidad 1,20 g/L y otra mezcla de
helio/oxígeno 70/30 en volumen tiene densidad 0,5 g/L ¿Cuál tiene mayor velocidad de
difusión gaseosa? Rpta: 70/30
3. Existen varios tipos de gases tóxicos: Vesicantes (o abrasivos), hemotóxicos (o sanguíneos),
lacrimógenos, neurotóxicos (o nerviosos), asfixiantes (o sofocantes), entre otros. En un
recipiente de 8,2 litros se tienen 16,9 g de sustancia gaseosa a 47°C y 2 atm. ¿Qué
sustancia será? A) Cl2 B) COCl2 C) HCN D) Novichok
Rpta: C

61. 4. La presión barométrica en Cuzco es 500 mmHg a 3400 msnm, la presión parcial
de oxígeno seco inspirado es 100 mmHg y presión de vapor de agua 7 mmHg a 7°C
Un turista inspira en el aeropuerto del Callao (nivel del mar) 500 ml de aire húmedo
a 17°C ¿Qué volumen inspira con el mismo esfuerzo físico en Cuzco a 7°C?
Pv de agua a 17°C = 15 mmHg Rpta: 298 ml
5. El aire a nivel de la tráquea tiene 74,2 % de nitrógeno, 19,6 % de oxígeno,
0,04 % de dióxido e carbono y 6,2 % de vapor de agua. Hallar las presiones
parciales de cada gas si la presión total es una atmósfera. Rpta: 564 mmHg N2
149 mmHg O2
0,3 mmHg CO2
47 mmHg H2O
6. Cada litro de aire seco a nivel del mar contiene 0,975 g de nitrógeno, 0,300 g de
oxígeno, 0,0167 g de argón y 5,89 x 10-4 g de dióxido de carbono. ¿Cuál es la presión
parcial de cada uno de estos gases a 0°C, expresada en atmósferas? H = 1; C = 12;
N = 14; O =16
Rpta: N2 0,7797 atm
O2 0,2106 atm
Ar 0,0094 atm
CO2 0,,0003 atm