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GASES IDEALES
QUÍMICA GENERAL - SEMANA 9
Departamento Académico de Cursos
Básicos
Equipo de Química General
Ciclo Académico: 2024-1
Sesión 17
REFLEXIÓN DESDE LA
EXPERIENCIA
• Si un globo empieza a
ascender por la atmósfera
hasta perderse en las
nubes, ¿qué le sucederá a
su volumen?
• ¿Qué es un gas ideal?
• ¿Qué es un gas real?
REFLEXIÓN DESDE LA EXPERIENCIA
https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRVvtvxFK5mjIuijvdl3Wopebj1D0CvfqAB-SpxEb3GIHUoqcPI
Al finalizar la sesión, el estudiante examina los
factores que influyen en el comportamiento de los
gases usando las leyes propuestas para los gases
ideales.
www.freepik.com
RESULTADO DE APRENDIZAJE
CONTENIDOS DE LA SESIÓN
• Tema 01: Leyes de Avogadro,
Boyle, Charles, Gay-Lussac
• Tema 02: Ecuación combinada y
Ecuación del gas ideal
• Tema 03: Fracción molar y Ley
de Dalton
www.freepik.com
DESARROLLO DEL TEMA
Gas Líquido Sólido
¿Cuáles son las características de los estados de la materia?
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRPR-8P76MAWUKXY2ZbtgAZL2EeGrFgrExRthXA_e5GN19Sm-bk
Estado gaseoso
• Las partículas son independientes unas de otras, están separadas por
enormes distancias con relación a su tamaño.
• En las mismas condiciones de presión y temperatura, el volumen de un
gas no depende más que del número de partículas (ley de Avogadro) y no
del tamaño de éstas.
• Alta compresibilidad y bajas densidades
• Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.
• Movimiento constante, aleatorio y en línea recta.
• Existen colisiones entre partículas y con las paredes del recipiente. Estas
colisiones son rápidas y elásticas. Las colisiones son responsables de la
presión del gas. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRr99_YbeqVSymLQdJgSZkQTGfs4s6hW--
N0ChNSS-_ls3Qu4di
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Estado gaseoso
Cl2 gaseoso HCl y NH3 gaseosos
https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR5Ot6TIfilrQgVCJkEESippgiI6IJ0NjH6XIkXjSQ-lsBjWsbv
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Mediciones en gases
Un gas queda definido por cuatro variables:
• Cantidad de sustancia
• Volumen
• Presión
• Temperatura
moles
L, m3, …
atm, mmHg o torr, Pa, bar
ºC, K
Unidades:
• 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 bar = 101,325 Pa
• K = ºC + 273
• 1 L = 1dm3
n = __________________
Masa (g)
Masa molar (g/mol)
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Ejercicio 1
1. Si la masa molar de N2O es 44 g/mol, ¿cuántas moles de dicho gas se encuentran
en 580 g?
2. ¿A cuántos metros cúbicos (m3) equivalen 3700 L?
3. ¿Cuántos pascales (Pa) existen en 1,2 atm?
4. El CO2 que se encuentra a temperatura ambiente (25 °C), ¿a cuántos grados Kelvin
se encuentra?
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Leyes de los gases ideales
1. Ley de Avogadro
2. Ley de Boyle-Mariotte
3. Ley de Charles
4. Ley de Gay-Lussac
5. Ley combinada de los gases
6. Ley del gas ideal (o Ecuación de estado del gas ideal)
7. Ley de Dalton Se puede ir siguiendo con el simulador
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_es.html
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
1. Ley de Avogadro
El volumen de un gas es directamente proporcional a la
cantidad de materia (número de moles), a presión y
temperatura constantes.
A presión y temperatura constantes, volúmenes iguales de un
mismo gas o gases diferentes contienen el mismo número de
moléculas.
V α n ( T y P ctes)
V = k∙n
V
(L)
n
𝑉1
𝑛1
=
𝑉2
𝑛2
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
2. Ley de Boyle-Mariotte
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión
que soporta (a temperatura y cantidad de materia constantes).
V α 1/P ( n y T ctes)
Proceso isotérmico
𝑽 =
𝒌
𝑷
𝑉1 𝑃1 = 𝑉2 𝑃2
https://encrypted-
tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQe4tF2tkYD1CQV8lfGP2ERTxlBzdGoH
JFlJhbXxcxSKA57ySi4
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
2. Ley de Boyle-Mariotte
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQe4tF2tkYD1CQV8lfGP2ERTxlBzdGoHJFlJhbXxcxSKA57ySi4
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
3. Ley de Charles V α T ( n y P ctes)
A P = 1 atm y T = 273 K,
V = 22,4 L para cualquier gas.
El volumen se hace cero a 0 K
Proceso isobárico
El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta
(a presión y cantidad de materia constantes).
𝑽 = 𝒌 × 𝑻
𝑉1
𝑇1
=
𝑉2
𝑇2
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
4. Ley de Gay-Lussac
La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta
(a volumen y cantidad de materia constantes).
P
(atm)
T (K)
P a T ( n y V ctes)
𝑷 = 𝒌 × 𝑻
𝑃1
𝑇1
=
𝑃2
𝑇2
Proceso isocórico
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Ley de Gay-Lussac
(a) Al aumentar la presión a volumen constante,
la temperatura aumenta
(b) Al aumentar la presión a temperatura
constante, el volumen disminuye
(c) Al aumentar la temperatura a presión
constante, el volumen aumenta
(d) Al aumentar el número de moles a
temperatura y presión constantes, el volumen
aumenta
https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQJzhu-lq1Bpxa_ZU5r6NhWsb4kOqPwKElcC58VCMXUfUeJJn_W
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Ejercicio 2
a) Un piston se encuentra a una presión de 2,5 atm y un volumen de 2 L.
¿Cuál será la presión que se debe ejercer para reducir su volumen a la
mitad?
b) El volumen de un globo aerostático es de 1000 L a una temperatura del
gas en su interior de 38 °C. Los ingenieros dicen que cuando su
volumen aumente en 60 % estará en óptimas condiciones para
desplazarse. ¿A qué temperatura se debe calentar para aumentar el
volumen a las condiciones óptimas?
https://encrypted-
tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRfjuE52a9
yNBFcOCaeohifeGRrdCwM-
cjWRmrY3jL_U1vDWqSy
TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
Combinación de las tres leyes
P
Boyle: V =
k’
ΔT= 0, Δn= 0
Charles: V = k’’. ΔP= 0, Δn= 0
Avogadro: V = k’’’. n ΔP= 0, ΔT= 0
=
P
k’k’’k’’’ n T
V =
P
R n T
Ley de los gases ideales:
PV = nRT
R se calcula para:
n = 1 mol
P = 1 atm
V = 22,4 l
T = 273 K
R = 0.082 atm L/ mol K
El volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa
es 22,4 L en condiciones normales (T = 0 °C y P = 1
atm)
Volumen molar de un gas
𝑷𝟏𝑽𝟏
𝑻𝟏
=
𝑷𝟐𝑽𝟐
𝑻𝟐
Ecuación combinada:
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Ejercicio 3
Tanque A Tanque B
P = 39 atm
V = 1,3 m3
T = 14 °C
P = 27 atm
V = ¿?
T = 22 °C
a) Se transportaba gas propano en la ciudad de Lima y hubo una fuga. Ahora, el tanque,
cuyo volumen es 1125 L, contiene 36 moles de propano a un temperatura promedio de
25 °C. ¿Cuál es la presión que marca el manómetro del tanque?
b) Con la ayuda de un sistema de bombeo se trasladó gas cloro (Cl2) del recipiente A al
recipiente B. ¿Cuál será el nuevo volumen que presente el tanque B?
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Ejercicio 3
c) Un balón de agente anestésico N2O se encuentra a 2000 psi y cuenta con un
volumen de 100 L a 25 °C. Si cada intervención quirúrgica emplea 440 g, ¿cuántas
intervenciones quirúrgicas se pueden realizar con un solo balón? Masa molar N2O
= 44 g/mol
d) Un tanque de 16 000 galones contiene propano (C3H8) en condiciones normales. Si
en un accidente, hay una fuga de la tercera parte de las moles de propano, ¿cuántas
atmósferas marca el manómetro del tanque bajo las mismas condiciones?
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Teoría cinético-molecular de los gases
Entre 1850 y 1880 Maxwell, Clausius y Boltzmann
desarrollaron esta teoría, basada en la idea de que todos los
gases se comportan de forma similar en cuanto al movimiento
de partículas se refiere.
Boltzmann
Clausius
Teoría cinética de los gases. Modelo molecular:
•Los gases están constituidos por partículas (átomos o moléculas)
separadas por espacios vacíos. Las partículas de un gas están en
constante movimiento en línea recta, al azar en todas la
direcciones.
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
• El volumen total de las partículas de un gas es muy pequeño (y puede despreciarse) en
relación con el volumen del recipiente que contiene el gas.
• Las partículas de un gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que lo
contiene. Es tos choque se suponen elásticos, es decir, las partículas no ganan ni
pierden energía cinética en ellos. La presión del gas se produce por las colisiones de las
partículas con las paredes del recipiente.
• La energía cinética de las partículas aumenta con la temperatura del gas.
• Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partículas se pueden considerar
despreciables.
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Masa molar y densidad de un gas
Reordenando los términos de la ley del gas ideal se puede obtener ecuaciones
matemáticas para la masa molar y la densidad de un gas.
Masa molar:
Densidad:
𝑴𝒂𝒔𝒂 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 =
𝑹 × 𝑻 × 𝒎
𝑷 × 𝑽
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 (𝒈/𝑳) =
𝑷 × ഥ
𝑴
𝑹 × 𝑻
R = 0,082 atm L / mol K
Masa en gramos Volumen en L
Presión en atm Masa molar en g/mol
Temperatura en Kelvin Densidad en g/L
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Teoría cinético-molecular de los gases
• Los gases están constituidos por partículas (átomos o moléculas) separadas por espacios vacíos. Las
partículas de un gas están en constante movimiento en línea recta, al azar en todas las direcciones.
• El volumen total de las partículas de un gas es muy pequeño (y puede despreciarse) en relación con el
volumen del recipiente que contiene el gas.
• Las partículas de un gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que lo contiene. Es tos choque
se suponen elásticos, es decir, las partículas no ganan ni pierden energía cinética en ellos. La presión
del gas se produce por las colisiones de las partículas con las paredes del recipiente.
• La energía cinética de las partículas aumenta con la temperatura del gas.
• Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partículas se pueden considerar despreciables.
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Ejercicio 4
a) Un contaminante gaseoso muy letal de olor a castañas y con una
masa de 82 g está confinado en un recipiente de 30 L. La
información indica que se encuentra a 2,5 atm y a 28 °C. Calcule
la masa molar del gas.
https://es.made-in-china.com/co_szkorno/product_Wall-Mounted-
Ammonia-Gas-Detector-Fixed-Ammonia-Detector-Nh3-Detector-with-
Wireless-Function_ruoresgog.html
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Ejercicio 4
b) Para transportar helio (He, 2 g/mol) se confinó el gas a 20 atm y un temperatura de 5
°C. ¿Qué densidad presentará el helio en dicho tanque?
TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
Ley de Dalton
“La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada
gas ejercería si estuviera solo. La presión ejercida por un componente en particular de
una mezcla de gases se conoce como la presión parcial de ese gas. La observación de
Dalton se conoce como la ley de Dalton de las presiones parciales.”
https://economia3.com/ley-dalton-enunciado/
Brown, T., LeMay, H., Bursten, B., Murphy, C. y Woodward, P. (2014). Gases. Química: La ciencia central.
Pearson.
TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
Ejercicio 5
Una mezcla de gases nobles posee 4,46 mol de Ne, 0,74 mol de Ar y 2,15 mol de Xe. Si la
presión total de la mezcla de gases es 2,00 atm a temperatura 25 °C, calcule las presiones
parciales de cada gas.
TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
Modelo molecular para la Ley de Boyle-Mariotte
V = K 1/P ( n y T ctes)
El aumento de presión exterior origina una disminución del volumen, que supone el
aumento de choques de las partículas con las paredes del recipiente, aumentando así la
presión del gas.
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRJ5VTYtmE1y76rALYo4m6c83EwSzSlazym0MDeq_Xdif8fNYza
TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
Modelo molecular para la Ley de Charles
V = K T ( n y P ctes)
Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de las partículas, y con ello el
número de choques con las paredes. Eso provoca un aumento de la presión interior que
desplaza el émbolo hasta que se iguala con la presión exterior, lo que supone un
aumento del volumen del gas.
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRJ5VTYtmE1y76rALYo4m6c83EwSzSlazym0MDeq_Xdif8fNYza
TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
APLIQUEMOS LO
APRENDIDO
Consigna
Resolvamos los siguientes
ejercicios en equipo.
Tiempo estimado
15 minutos
APLIQUEMOS LO APRENDIDO
Los pacientes UCI de un hospital necesitan un balón de 10 m3 de oxígeno medicinal (asumir que es 100 %
O2) diario para poder sobrevivir. El Director del hospital ha recibido un financiamiento del estado para
poder brindar oxígeno medicinal a los pacientes y para ello solicita los servicios de una planta de
producción de oxígeno.
La Jefa de planta le indica al Director que puede cumplir con las necesidades de oxígeno de los pacientes
y por ello le lleva el contrato listo para firmar en donde se indica que en ese lapso de tiempo la planta
puede producir hasta 640 T O2. ¿El director del hospital debería firmar el contrato? Se asume que el
director cuenta con el monto necesario para cumplir con el contrato.
Criterio Información relevante
Datos de balones de
oxígeno
150 bar a 20 °C
Camas UCI
▪ 20 pacientes y cada uno pasa 14 días en UCI
▪ Consumo: balón de 10 m3 al día por cada
paciente
APLIQUEMOS LO APRENDIDO
EJERCICIOS ADICIONALES
1.-En un proceso a temperatura constante tenemos 500 L de gas una presión de 2 atm.
a) Calcula el volumen de este gas si aumentamos la presión hasta 5 atm
b) Calcula hasta qué valor debe disminuir la presión para que el volumen se duplique
2.-Se tiene un gas ideal en un recipiente de 700 cm3 a 0 °C y calentamos el gas a presión
constante hasta 27 °C. Cuál será el nuevo volumen del gas ?
APLIQUEMOS LO APRENDIDO
3.-Se calienta aire en un cilindro de acero de volumen constante de 20 °C a 60°C. Si la
presión inicial es de 3 atmósferas ¿Cual es su presión final?
4.- En una botella metálica tenemos un gas a 15 °C y una presión de 7.5 atmósferas. Si la
presión máxima que aguanta la botella es de 12.5 atm, calcular cuál es la temperatura
máxima a la que se puede calentar el gas de su interior.
APLIQUEMOS LO APRENDIDO
INTEGREMOS LO
APRENDIDO
Con ayuda del profesor, realice un mapa conceptual con lo aprendido.
INTEGREMOS LO APRENDIDO
Metacognición
• Describe los procedimientos que te permitieron tener éxito al realizar los cálculos
con las leyes de los gases ideales.
• ¿Cómo crees que te sirve lo aprendido en tu vida profesional?
INTEGREMOS LO APRENDIDO
ACTIVIDAD ASÍNCRONA
Actividades asincrónicas de autoaprendizaje y
horas:
Actividad: Resolver cuestionario 6 en Aula
Virtual
Insumo: PPT de clase, Separata 4 (Gases
ideales) y Cuestionario 6 (Gases ideales)
Duración: 1 hora
Actividades complementarias
Revisar Separata 4: Gases ideales
ACTIVIDAD ASÍNCRONA
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Brown, T., LeMay, H., Eugene, B., Bruce, E. y Burdge, J. (2014). Química la Ciencia Central. Pearson.
https://grupoeducadmy.sharepoint.com/:b:/g/personal/mjesus_cientifica_edu_pe/EYGf19HOPU9OoAmARJ
L3apABcVUE_UtzUDJcOt0geaB0lw?e=72kDjx
Flowers, P, Theopold, K., Langley, R. y Robinson W. (2019). Chemistry 2e. 0pen stax. https://assets.
openstax.org/oscms-prodcms/media/documents/Chemistry2e-OP_TkF9Jl3.pdf
Goldsby, K. A. y Chang, R. (2017). Química (12.a ed.). MC Graw Hill. https://elibro.net/es/lc/ucsur /titulos/36611
Mohina, G. (2020). Química en apuntes. Eudeba editores. https://elibro.net.cientifica.remotexs.co/e
s/ereader/ucsu r/153602?page=2
Morcillo, M. J. y Gallego, A. (2018). Química básica. MC Graw Hill. https://elibro.net.cientifica.remot exs.co/es/er
eader/ucsur/48942?page=1
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
COMPETENCIA Pensamiento Crítico y Científico
PCC1: Identifica la información proporcionada analizando críticamente y categorizando
ésta para el correcto entendimiento y planteamiento de conclusiones.
ASPECTO / CRITERIO A
EVALUAR
LOGRO DESTACADO LOGRADO NO LOGRADO
Gases y sus leyes
Reconoce el principio que sostiene la
definición de gases y las leyes de Boyle,
Charles, Gay-Lussac y Avogadro.
Reconoce con algunos errores el principio
que sostiene la definición de gases y las
leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y
Avogadro.
Reconoce deficientemente el principio que
sostiene la definición de gases y las leyes de
Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro sin
obtener la respuesta correcta.
8 puntos 5 puntos 2 puntos
Cálculos con leyes de gases
ideales
Determina la presión, volumen,
temperatura y moles según corresponda a
partir de las leyes de Boyle, Charles, Gay-
Lussac, Avogadro, Ley combinada y Ley del
gas ideal.
Determina con errores la presión, volumen,
temperatura y moles según corresponda a
partir de las leyes de Boyle, Charles, Gay-
Lussac, Avogadro, Ley combinada y Ley del
gas ideal.
Determina la presión, volumen,
temperatura y moles según corresponda sin
emplear correctamente las leyes de Boyle,
Charles, Gay-Lussac, Avogadro, Ley
combinada y Ley del gas ideal.
8 puntos 5 puntos 2 puntos
Densidad y masa molar
Determina correctamente la densidad y
masa molar de un gas considerando
variables de presión, volumen y
temperatura.
Determina con algunos errores la densidad y
masa molar de un gas considerando
variables de presión, volumen y
temperatura.
Determina de forma incorrecta la densidad
y masa molar de un gas considerando
variables de presión, volumen y
temperatura.
4 puntos 3 puntos 1 punto
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  • 1. GASES IDEALES QUÍMICA GENERAL - SEMANA 9 Departamento Académico de Cursos Básicos Equipo de Química General Ciclo Académico: 2024-1 Sesión 17
  • 3. • Si un globo empieza a ascender por la atmósfera hasta perderse en las nubes, ¿qué le sucederá a su volumen? • ¿Qué es un gas ideal? • ¿Qué es un gas real? REFLEXIÓN DESDE LA EXPERIENCIA https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRVvtvxFK5mjIuijvdl3Wopebj1D0CvfqAB-SpxEb3GIHUoqcPI
  • 4. Al finalizar la sesión, el estudiante examina los factores que influyen en el comportamiento de los gases usando las leyes propuestas para los gases ideales. www.freepik.com RESULTADO DE APRENDIZAJE
  • 5. CONTENIDOS DE LA SESIÓN • Tema 01: Leyes de Avogadro, Boyle, Charles, Gay-Lussac • Tema 02: Ecuación combinada y Ecuación del gas ideal • Tema 03: Fracción molar y Ley de Dalton www.freepik.com
  • 7. Gas Líquido Sólido ¿Cuáles son las características de los estados de la materia? TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRPR-8P76MAWUKXY2ZbtgAZL2EeGrFgrExRthXA_e5GN19Sm-bk
  • 8. Estado gaseoso • Las partículas son independientes unas de otras, están separadas por enormes distancias con relación a su tamaño. • En las mismas condiciones de presión y temperatura, el volumen de un gas no depende más que del número de partículas (ley de Avogadro) y no del tamaño de éstas. • Alta compresibilidad y bajas densidades • Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. • Movimiento constante, aleatorio y en línea recta. • Existen colisiones entre partículas y con las paredes del recipiente. Estas colisiones son rápidas y elásticas. Las colisiones son responsables de la presión del gas. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRr99_YbeqVSymLQdJgSZkQTGfs4s6hW-- N0ChNSS-_ls3Qu4di TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 9. Estado gaseoso Cl2 gaseoso HCl y NH3 gaseosos https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR5Ot6TIfilrQgVCJkEESippgiI6IJ0NjH6XIkXjSQ-lsBjWsbv TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 10. Mediciones en gases Un gas queda definido por cuatro variables: • Cantidad de sustancia • Volumen • Presión • Temperatura moles L, m3, … atm, mmHg o torr, Pa, bar ºC, K Unidades: • 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1,01325 bar = 101,325 Pa • K = ºC + 273 • 1 L = 1dm3 n = __________________ Masa (g) Masa molar (g/mol) TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 11. Ejercicio 1 1. Si la masa molar de N2O es 44 g/mol, ¿cuántas moles de dicho gas se encuentran en 580 g? 2. ¿A cuántos metros cúbicos (m3) equivalen 3700 L? 3. ¿Cuántos pascales (Pa) existen en 1,2 atm? 4. El CO2 que se encuentra a temperatura ambiente (25 °C), ¿a cuántos grados Kelvin se encuentra? TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 12. Leyes de los gases ideales 1. Ley de Avogadro 2. Ley de Boyle-Mariotte 3. Ley de Charles 4. Ley de Gay-Lussac 5. Ley combinada de los gases 6. Ley del gas ideal (o Ecuación de estado del gas ideal) 7. Ley de Dalton Se puede ir siguiendo con el simulador https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_es.html TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 13. 1. Ley de Avogadro El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de materia (número de moles), a presión y temperatura constantes. A presión y temperatura constantes, volúmenes iguales de un mismo gas o gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. V α n ( T y P ctes) V = k∙n V (L) n 𝑉1 𝑛1 = 𝑉2 𝑛2 TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 14. 2. Ley de Boyle-Mariotte El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que soporta (a temperatura y cantidad de materia constantes). V α 1/P ( n y T ctes) Proceso isotérmico 𝑽 = 𝒌 𝑷 𝑉1 𝑃1 = 𝑉2 𝑃2 https://encrypted- tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQe4tF2tkYD1CQV8lfGP2ERTxlBzdGoH JFlJhbXxcxSKA57ySi4 TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 15. 2. Ley de Boyle-Mariotte https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQe4tF2tkYD1CQV8lfGP2ERTxlBzdGoHJFlJhbXxcxSKA57ySi4 TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 16. 3. Ley de Charles V α T ( n y P ctes) A P = 1 atm y T = 273 K, V = 22,4 L para cualquier gas. El volumen se hace cero a 0 K Proceso isobárico El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a presión y cantidad de materia constantes). 𝑽 = 𝒌 × 𝑻 𝑉1 𝑇1 = 𝑉2 𝑇2 TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 17. 4. Ley de Gay-Lussac La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a volumen y cantidad de materia constantes). P (atm) T (K) P a T ( n y V ctes) 𝑷 = 𝒌 × 𝑻 𝑃1 𝑇1 = 𝑃2 𝑇2 Proceso isocórico TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 18. Ley de Gay-Lussac (a) Al aumentar la presión a volumen constante, la temperatura aumenta (b) Al aumentar la presión a temperatura constante, el volumen disminuye (c) Al aumentar la temperatura a presión constante, el volumen aumenta (d) Al aumentar el número de moles a temperatura y presión constantes, el volumen aumenta https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQJzhu-lq1Bpxa_ZU5r6NhWsb4kOqPwKElcC58VCMXUfUeJJn_W TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 19. Ejercicio 2 a) Un piston se encuentra a una presión de 2,5 atm y un volumen de 2 L. ¿Cuál será la presión que se debe ejercer para reducir su volumen a la mitad? b) El volumen de un globo aerostático es de 1000 L a una temperatura del gas en su interior de 38 °C. Los ingenieros dicen que cuando su volumen aumente en 60 % estará en óptimas condiciones para desplazarse. ¿A qué temperatura se debe calentar para aumentar el volumen a las condiciones óptimas? https://encrypted- tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRfjuE52a9 yNBFcOCaeohifeGRrdCwM- cjWRmrY3jL_U1vDWqSy TEMA 01: LEYES DE AVOGADRO, BOYLE, CHARLES, GAY-LUSSAC
  • 20. Combinación de las tres leyes P Boyle: V = k’ ΔT= 0, Δn= 0 Charles: V = k’’. ΔP= 0, Δn= 0 Avogadro: V = k’’’. n ΔP= 0, ΔT= 0 = P k’k’’k’’’ n T V = P R n T Ley de los gases ideales: PV = nRT R se calcula para: n = 1 mol P = 1 atm V = 22,4 l T = 273 K R = 0.082 atm L/ mol K El volumen de un mol de cualquier sustancia gaseosa es 22,4 L en condiciones normales (T = 0 °C y P = 1 atm) Volumen molar de un gas 𝑷𝟏𝑽𝟏 𝑻𝟏 = 𝑷𝟐𝑽𝟐 𝑻𝟐 Ecuación combinada: TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 21. Ejercicio 3 Tanque A Tanque B P = 39 atm V = 1,3 m3 T = 14 °C P = 27 atm V = ¿? T = 22 °C a) Se transportaba gas propano en la ciudad de Lima y hubo una fuga. Ahora, el tanque, cuyo volumen es 1125 L, contiene 36 moles de propano a un temperatura promedio de 25 °C. ¿Cuál es la presión que marca el manómetro del tanque? b) Con la ayuda de un sistema de bombeo se trasladó gas cloro (Cl2) del recipiente A al recipiente B. ¿Cuál será el nuevo volumen que presente el tanque B? TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 22. Ejercicio 3 c) Un balón de agente anestésico N2O se encuentra a 2000 psi y cuenta con un volumen de 100 L a 25 °C. Si cada intervención quirúrgica emplea 440 g, ¿cuántas intervenciones quirúrgicas se pueden realizar con un solo balón? Masa molar N2O = 44 g/mol d) Un tanque de 16 000 galones contiene propano (C3H8) en condiciones normales. Si en un accidente, hay una fuga de la tercera parte de las moles de propano, ¿cuántas atmósferas marca el manómetro del tanque bajo las mismas condiciones? TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 23. Teoría cinético-molecular de los gases Entre 1850 y 1880 Maxwell, Clausius y Boltzmann desarrollaron esta teoría, basada en la idea de que todos los gases se comportan de forma similar en cuanto al movimiento de partículas se refiere. Boltzmann Clausius Teoría cinética de los gases. Modelo molecular: •Los gases están constituidos por partículas (átomos o moléculas) separadas por espacios vacíos. Las partículas de un gas están en constante movimiento en línea recta, al azar en todas la direcciones. TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 24. • El volumen total de las partículas de un gas es muy pequeño (y puede despreciarse) en relación con el volumen del recipiente que contiene el gas. • Las partículas de un gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que lo contiene. Es tos choque se suponen elásticos, es decir, las partículas no ganan ni pierden energía cinética en ellos. La presión del gas se produce por las colisiones de las partículas con las paredes del recipiente. • La energía cinética de las partículas aumenta con la temperatura del gas. • Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partículas se pueden considerar despreciables. TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 25. Masa molar y densidad de un gas Reordenando los términos de la ley del gas ideal se puede obtener ecuaciones matemáticas para la masa molar y la densidad de un gas. Masa molar: Densidad: 𝑴𝒂𝒔𝒂 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 = 𝑹 × 𝑻 × 𝒎 𝑷 × 𝑽 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 (𝒈/𝑳) = 𝑷 × ഥ 𝑴 𝑹 × 𝑻 R = 0,082 atm L / mol K Masa en gramos Volumen en L Presión en atm Masa molar en g/mol Temperatura en Kelvin Densidad en g/L TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 26. Teoría cinético-molecular de los gases • Los gases están constituidos por partículas (átomos o moléculas) separadas por espacios vacíos. Las partículas de un gas están en constante movimiento en línea recta, al azar en todas las direcciones. • El volumen total de las partículas de un gas es muy pequeño (y puede despreciarse) en relación con el volumen del recipiente que contiene el gas. • Las partículas de un gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que lo contiene. Es tos choque se suponen elásticos, es decir, las partículas no ganan ni pierden energía cinética en ellos. La presión del gas se produce por las colisiones de las partículas con las paredes del recipiente. • La energía cinética de las partículas aumenta con la temperatura del gas. • Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partículas se pueden considerar despreciables. TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 27. Ejercicio 4 a) Un contaminante gaseoso muy letal de olor a castañas y con una masa de 82 g está confinado en un recipiente de 30 L. La información indica que se encuentra a 2,5 atm y a 28 °C. Calcule la masa molar del gas. https://es.made-in-china.com/co_szkorno/product_Wall-Mounted- Ammonia-Gas-Detector-Fixed-Ammonia-Detector-Nh3-Detector-with- Wireless-Function_ruoresgog.html TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 28. Ejercicio 4 b) Para transportar helio (He, 2 g/mol) se confinó el gas a 20 atm y un temperatura de 5 °C. ¿Qué densidad presentará el helio en dicho tanque? TEMA 02: ECUACIÓN COMBINADA Y ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
  • 29. Ley de Dalton “La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo. La presión ejercida por un componente en particular de una mezcla de gases se conoce como la presión parcial de ese gas. La observación de Dalton se conoce como la ley de Dalton de las presiones parciales.” https://economia3.com/ley-dalton-enunciado/ Brown, T., LeMay, H., Bursten, B., Murphy, C. y Woodward, P. (2014). Gases. Química: La ciencia central. Pearson. TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
  • 30. Ejercicio 5 Una mezcla de gases nobles posee 4,46 mol de Ne, 0,74 mol de Ar y 2,15 mol de Xe. Si la presión total de la mezcla de gases es 2,00 atm a temperatura 25 °C, calcule las presiones parciales de cada gas. TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
  • 31. Modelo molecular para la Ley de Boyle-Mariotte V = K 1/P ( n y T ctes) El aumento de presión exterior origina una disminución del volumen, que supone el aumento de choques de las partículas con las paredes del recipiente, aumentando así la presión del gas. https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRJ5VTYtmE1y76rALYo4m6c83EwSzSlazym0MDeq_Xdif8fNYza TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
  • 32. Modelo molecular para la Ley de Charles V = K T ( n y P ctes) Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de las partículas, y con ello el número de choques con las paredes. Eso provoca un aumento de la presión interior que desplaza el émbolo hasta que se iguala con la presión exterior, lo que supone un aumento del volumen del gas. https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRJ5VTYtmE1y76rALYo4m6c83EwSzSlazym0MDeq_Xdif8fNYza TEMA 03: FRACCIÓN MOLAR Y LEY DE DALTON
  • 34. Consigna Resolvamos los siguientes ejercicios en equipo. Tiempo estimado 15 minutos APLIQUEMOS LO APRENDIDO
  • 35. Los pacientes UCI de un hospital necesitan un balón de 10 m3 de oxígeno medicinal (asumir que es 100 % O2) diario para poder sobrevivir. El Director del hospital ha recibido un financiamiento del estado para poder brindar oxígeno medicinal a los pacientes y para ello solicita los servicios de una planta de producción de oxígeno. La Jefa de planta le indica al Director que puede cumplir con las necesidades de oxígeno de los pacientes y por ello le lleva el contrato listo para firmar en donde se indica que en ese lapso de tiempo la planta puede producir hasta 640 T O2. ¿El director del hospital debería firmar el contrato? Se asume que el director cuenta con el monto necesario para cumplir con el contrato. Criterio Información relevante Datos de balones de oxígeno 150 bar a 20 °C Camas UCI ▪ 20 pacientes y cada uno pasa 14 días en UCI ▪ Consumo: balón de 10 m3 al día por cada paciente APLIQUEMOS LO APRENDIDO
  • 36. EJERCICIOS ADICIONALES 1.-En un proceso a temperatura constante tenemos 500 L de gas una presión de 2 atm. a) Calcula el volumen de este gas si aumentamos la presión hasta 5 atm b) Calcula hasta qué valor debe disminuir la presión para que el volumen se duplique 2.-Se tiene un gas ideal en un recipiente de 700 cm3 a 0 °C y calentamos el gas a presión constante hasta 27 °C. Cuál será el nuevo volumen del gas ? APLIQUEMOS LO APRENDIDO
  • 37. 3.-Se calienta aire en un cilindro de acero de volumen constante de 20 °C a 60°C. Si la presión inicial es de 3 atmósferas ¿Cual es su presión final? 4.- En una botella metálica tenemos un gas a 15 °C y una presión de 7.5 atmósferas. Si la presión máxima que aguanta la botella es de 12.5 atm, calcular cuál es la temperatura máxima a la que se puede calentar el gas de su interior. APLIQUEMOS LO APRENDIDO
  • 39. Con ayuda del profesor, realice un mapa conceptual con lo aprendido. INTEGREMOS LO APRENDIDO
  • 40. Metacognición • Describe los procedimientos que te permitieron tener éxito al realizar los cálculos con las leyes de los gases ideales. • ¿Cómo crees que te sirve lo aprendido en tu vida profesional? INTEGREMOS LO APRENDIDO
  • 42. Actividades asincrónicas de autoaprendizaje y horas: Actividad: Resolver cuestionario 6 en Aula Virtual Insumo: PPT de clase, Separata 4 (Gases ideales) y Cuestionario 6 (Gases ideales) Duración: 1 hora Actividades complementarias Revisar Separata 4: Gases ideales ACTIVIDAD ASÍNCRONA
  • 43. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brown, T., LeMay, H., Eugene, B., Bruce, E. y Burdge, J. (2014). Química la Ciencia Central. Pearson. https://grupoeducadmy.sharepoint.com/:b:/g/personal/mjesus_cientifica_edu_pe/EYGf19HOPU9OoAmARJ L3apABcVUE_UtzUDJcOt0geaB0lw?e=72kDjx Flowers, P, Theopold, K., Langley, R. y Robinson W. (2019). Chemistry 2e. 0pen stax. https://assets. openstax.org/oscms-prodcms/media/documents/Chemistry2e-OP_TkF9Jl3.pdf Goldsby, K. A. y Chang, R. (2017). Química (12.a ed.). MC Graw Hill. https://elibro.net/es/lc/ucsur /titulos/36611 Mohina, G. (2020). Química en apuntes. Eudeba editores. https://elibro.net.cientifica.remotexs.co/e s/ereader/ucsu r/153602?page=2 Morcillo, M. J. y Gallego, A. (2018). Química básica. MC Graw Hill. https://elibro.net.cientifica.remot exs.co/es/er eader/ucsur/48942?page=1
  • 44. CRITERIOS DE EVALUACIÓN COMPETENCIA Pensamiento Crítico y Científico PCC1: Identifica la información proporcionada analizando críticamente y categorizando ésta para el correcto entendimiento y planteamiento de conclusiones. ASPECTO / CRITERIO A EVALUAR LOGRO DESTACADO LOGRADO NO LOGRADO Gases y sus leyes Reconoce el principio que sostiene la definición de gases y las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro. Reconoce con algunos errores el principio que sostiene la definición de gases y las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro. Reconoce deficientemente el principio que sostiene la definición de gases y las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro sin obtener la respuesta correcta. 8 puntos 5 puntos 2 puntos Cálculos con leyes de gases ideales Determina la presión, volumen, temperatura y moles según corresponda a partir de las leyes de Boyle, Charles, Gay- Lussac, Avogadro, Ley combinada y Ley del gas ideal. Determina con errores la presión, volumen, temperatura y moles según corresponda a partir de las leyes de Boyle, Charles, Gay- Lussac, Avogadro, Ley combinada y Ley del gas ideal. Determina la presión, volumen, temperatura y moles según corresponda sin emplear correctamente las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro, Ley combinada y Ley del gas ideal. 8 puntos 5 puntos 2 puntos Densidad y masa molar Determina correctamente la densidad y masa molar de un gas considerando variables de presión, volumen y temperatura. Determina con algunos errores la densidad y masa molar de un gas considerando variables de presión, volumen y temperatura. Determina de forma incorrecta la densidad y masa molar de un gas considerando variables de presión, volumen y temperatura. 4 puntos 3 puntos 1 punto