Un gas es un estado de la materia sin forma o volumen definidos. Gases tienen su propio comportamiento único dependiendo de una variedad de variables, como temperatura, presión y volumen. Si bien cada gas es diferente, todos los gases actúan de manera similar. Esta guía de estudio destaca los conceptos y las leyes que se ocupan de la química de los gases.
La presión es un medida de La cantidad de fuerza por unidad de área. La presión de un gas es la cantidad de fuerza que el gas ejerce sobre una superficie dentro de su volumen. Los gases con alta presión ejercen más fuerza que los gases con baja presión.
los SI La unidad de presión es el pascal (símbolo Pa). El pascal es igual a la fuerza de 1 newton por metro cuadrado. Esta unidad no es muy útil cuando se trata con gases en condiciones reales, pero es un estándar que se puede medir y reproducir. Muchas otras unidades de presión se han desarrollado con el tiempo, principalmente tratando con el gas con el que estamos más familiarizados: el aire. El problema con el aire, la presión no es constante. La presión del aire depende de la altitud sobre el nivel del mar y muchos otros factores. Muchas unidades de presión se basaron originalmente en una presión de aire promedio al nivel del mar, pero se han estandarizado.
La temperatura es una propiedad de la materia relacionada con la cantidad de energía de las partículas componentes.
Se han desarrollado varias escalas de temperatura para medir esta cantidad de energía, pero la escala estándar SI es la Escala de temperatura Kelvin. Otras dos escalas de temperatura comunes son las escalas Fahrenheit (° F) y Celsius (° C).
los Escala Kelvin es una escala de temperatura absoluta y se usa en casi todos los cálculos de gases. Es importante cuando se trabaja con problemas de gas para convertir las lecturas de temperatura a Kelvin
Fórmulas de conversión entre escalas de temperatura:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP significa temperatura estándar y presión. Se refiere a las condiciones a 1 atmósfera de presión a 273 K (0 ° C). STP se usa comúnmente en cálculos relacionados con la densidad de gases o en otros casos que involucran condiciones de estado estándar.
En STP, un mol de un gas ideal ocupará un volumen de 22.4 L.
Ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de todas las presiones individuales de los gases componentes solos.
PAGtotal = PGas 1 + PGas 2 + PGas 3 + ...
Se conoce la presión individual del gas componente. como la presión parcial del gas La presión parcial se calcula mediante la fórmula.
PAGyo = XyoPAGtotal
dónde
PAGyo = presión parcial del gas individual
PAGtotal = presión total
Xyo = fracción molar del gas individual
La fracción molar, Xyo, se calcula dividiendo el número de moles del gas individual por el número total de moles del gas mezclado.
Ley de avogadro establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de lunares de gas cuando la presión y la temperatura permanecen constantes. Básicamente: el gas tiene volumen. Agregue más gas, el gas ocupa más volumen si la presión y la temperatura no cambian.
V = kn
dónde
V = volumen k = constante n = número de moles
La ley de Avogadro también se puede expresar como
Vyo/norteyo = VF/norteF
dónde
Vyo y VF son volúmenes iniciales y finales
norteyo y NF son el número inicial y final de moles
Ley de gases de Boyle establece que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión cuando la temperatura se mantiene constante.
P = k / V
dónde
P = presión
k = constante
V = volumen
La ley de Boyle también se puede expresar como
PAGyoVyo = PFVF
donde Pyo y PF son las presiones iniciales y finales Vyo y VF son las presiones iniciales y finales
A medida que aumenta el volumen, la presión disminuye o el volumen disminuye, la presión aumentará.
Ley de gas de Charles establece que el volumen de un gas es proporcional a su temperatura absoluta cuando la presión se mantiene constante.
V = kT
dónde
V = volumen
k = constante
T = temperatura absoluta
La ley de Charles también se puede expresar como
Vyo/ Tyo = VF/ Tyo
donde Vyo y VF son los volúmenes iniciales y finales
Tyo y TF son las temperaturas absolutas iniciales y finales
Si la presión se mantiene constante y la temperatura aumenta, el volumen del gas aumentará. A medida que el gas se enfría, el volumen disminuirá.
Chico-Ley de gases de Lussac establece que la presión de un gas es proporcional a su temperatura absoluta cuando el volumen se mantiene constante.
P = kT
dónde
P = presión
k = constante
T = temperatura absoluta
La ley de Guy-Lussac también se puede expresar como
PAGyo/ Tyo = PF/ Tyo
donde Pyo y PF son las presiones iniciales y finales
Tyo y TF son las temperaturas absolutas iniciales y finales
Si la temperatura aumenta, la presión del gas aumentará si el volumen se mantiene constante. A medida que el gas se enfría, la presión disminuirá.
La ley del gas ideal, también conocida como la ley de gas combinada, es una combinación de todos los variables en las leyes de gas anteriores. los ley de gas ideal se expresa por la fórmula
PV = nRT
dónde
P = presión
V = volumen
n = número de moles de gas
R = constante de gas ideal
T = temperatura absoluta
El valor de R depende de las unidades de presión, volumen y temperatura.
R = 0.0821 litros · atm / mol · K (P = atm, V = L y T = K)
R = 8.3145 J / mol · K (Presión x Volumen es energía, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = metros cúbicos y T = K)
R = 62.3637 L · Torr / mol · K o L · mmHg / mol · K (P = torr o mmHg, V = L y T = K)
La ley de los gases ideales funciona bien para gases en condiciones normales. Las condiciones desfavorables incluyen presiones altas y temperaturas muy bajas.
La ley de los gases ideales es una buena aproximación del comportamiento de los gases reales. Los valores pronosticados por la ley del gas ideal están típicamente dentro del 5% de los valores medidos en el mundo real. La ley del gas ideal falla cuando la presión del gas es muy alta o la temperatura es muy baja. La ecuación de van der Waals contiene dos modificaciones a la ley de los gases ideales y se usa para predecir más de cerca el comportamiento de los gases reales.
La ecuación de van der Waals es
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
dónde
P = presión
V = volumen
a = corrección de presión constante única del gas
b = corrección de volumen constante única del gas
n = el número de moles de gas
T = temperatura absoluta
La ecuación de van der Waals incluye una corrección de presión y volumen para tener en cuenta las interacciones entre las moléculas. A diferencia de los gases ideales, las partículas individuales de un gas real tienen interacciones entre sí y tienen un volumen definido. Como cada gas es diferente, cada gas tiene sus propias correcciones o valores para ayb en la ecuación de van der Waals.