SEMESTRE AGOSTO 2021-ENERO 2022 de FÍSICA II (Semana del 22 al 26 de Noviembre)

 

Actividades de la semana del 22 al 26 de Noviembre Leyes de los gases.

Los gases y sus leyes.

Un gas se caracteriza porque sus moléculas están muy separadas unas de otras, razón por la cual carecen de forma definida y ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. Son fluidos como los líquidos, pero se diferencian de éstos por ser sumamente compresibles debido a la mínima fuerza de cohesión entre sus moléculas. De acuerdo con la teoría cinética molecular, los gases están constituidos por moléculas independientes como si fueran esferas elásticas en constante movimiento, chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que lo contiene. Cuando la temperatura de un gas aumenta, se incrementa la agitación de sus moléculas y en consecuencia se eleva la presión. Pero, si la presión permanece constante, entonces aumentará el volumen ocupado por el gas. Si un gas se comprime, se incrementan los choques entre sus moléculas y se eleva la cantidad de calor desprendida, como resultado de un aumento en la energía cinética de las moléculas.

Todos los gases pueden pasar al estado líquido siempre y cuando se les comprima a una temperatura inferior a su temperatura crítica. La temperatura crítica de un gas es aquella temperatura por encima de la cual no puede ser licuado independientemente de que la presión aplicada sea muy grande. Los gases licuados tienen muchas aplicaciones, tal es el caso del oxígeno líquido utilizado en la soldadura autógena o el hidrógeno líquido que sirve como combustible de las naves espaciales. Los gases cuyo punto de ebullición se encuentra cercano a la temperatura del medio ambiente, generalmente se conservan en estado líquido a una alta presión en recipientes herméticamente cerrados, como son los tanques estacionarios o móviles en los que se almacena gas butano de uso doméstico, o el gas de los encendedores comerciales de cigarrillo.

Es importante saber que un gas ideal es un gas hipotético que posibilita hacer consideraciones prácticas que facilitan algunos cálculos matemáticos. Se le supone conteniendo un número pequeño de moléculas, por tanto, su densidad es baja y su atracción intermolecular es nula. Debido a ello, en un gas ideal el volumen ocupado por sus moléculas es mínimo, en comparación con el volumen total, por este motivo no existe atracción entre sus moléculas. Es evidente que en el caso de un gas real sus moléculas ocupan un volumen determinado y existe una relativa atracción entre las mismas  Sin embargo, en muchos casos estos factores son insignificantes y el gas puede considerarse como ideal.  

Leyes de los gases.

Ley de Boyle.- El inglés Robert Boyle (1627- 1691) es considerado el padre de la química moderna, Inicio el estudio del cambio de volumen de los gases, su ley dice:

“A una temperatura constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varía de manera inversamente proporcional a la presión absoluta que recibe”.

Ley de Charles.-  En 1785 Jacques Charles científico francés fue el primero en hacer mediciones sobre las expansiones de los gases cuando aumentan de temperatura, su ley dice:

“ A una presión constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varía de manera directamente proporcional a su temperatura.”

Ley de Gay-Lussac.- Joseph Louis Gay- Lussac, científico francés (1778-1850) encuentra la relación que existe entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen del recipiente que lo contiene permanece constante y enuncia su ley:

“A un volumen constante y para una masa dada de un gas, la presión absoluta que recibe un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta”. 

Combinando por decirlo de alguna forma, las tres leyes obtenemos la ley general del estado gaseoso. Matemáticamente estas leyes se expresan de la siguiente manera:

Y como dijimos de su combinación resulta:

 

La teoría cinética de los gases parte de la suposición de que las moléculas de un gas están muy separadas y se mueven en línea recta hasta que al encontrarse con otra molécula se colisionan con ella o con las paredes del recipiente que las contiene.

 

Sus consideraciones principales son: 

1. Los gases están constituidos por moléculas de igual tamaño y masa para un mismo gas, pero serán diferentes si se trata de gases distintos.

 2. Las moléculas de un gas contenido en un recipiente se encuentran en constante movimiento, razón por la cual chocan entre sí o contra las paredes del recipiente que las contiene.

3. Las fuerzas de atracción intermoleculares son despreciables, pues la distancia entre molécula y molécula es grande comparada con sus diámetros moleculares.

4. El volumen que ocupan las moléculas de un gas es despreciable en comparación con el volumen total del gas.

Esta teoría origina la siguiente ley:

Esta ley nos permite calcular o realizar los siguientes despejes:

Estudia los siguientes ejemplos:

1.-

 

2.- Un gas ocupa un volumen de 200 cm3 a una presión de 700 mm Hg. ¿Cuál será su volumen si la presión recibida aumenta a 900 mm Hg?

Datos:                                 Formula:                    Sustitución:                   Resultado:

V₁= 200cm³                        P₁V₁=P₂V₂              Como las unidades son homogéneas:

P₁= 700 mmHg                 Despeje;                   V₂= (200)(700)/900

P₂= 900 mmHg                  V₂=P₁V_!/P₂                                                  Resultado: V₂= 155.55 cm³

V₂= ¿?

3.- La llanta de un automóvil contiene aire a una presión absoluta de 24 N/cm² Cuando su temperatura es de 10^oC. Si el volumen no cambia de la llanta no cambia ¿Cuál es la presión cuando la temperatura es de 49^oC?

Datos:                                 Formula:                    Sustitución:    

P₁=  24 N/cm²                   P₁/T₁=P₂/T₂        Como las unidades son homogéneas:

T₁=10^oC= 283^oK                    Despeje;                     P₂= (24 N/cm²) (322^oK)/ 283^oK           

T₂= 49^oC=322^oK                     P₂= P₁T₂/T₁                                     Resultado:   P₂= 27.3 N/cm²      

P₂= ¿?    

4.-  Un gas tiene una temperatura de 400º K y tiene un volumen de 100 cm3. ¿Qué volumen ocupara este gas a una temperatura de 310º K?

Datos:                                 Formula:                    Sustitución:   

T₁=400^oK                          V₁/T₁=V₂/T₂             V₂= (100 cm³)( 310º K)/ 400^oK                   

V₁=100 cm³                     Despeje;     

T₂= 310º K                      V₂=V₁T₂/T₁ 

V₂=¿?                                                                                  Resultado: V₂=77.5 cm³

5.- Una masa de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 3 L.  a una temperatura de 42 ºC y una presión absoluta de 684 mm de Hg. ¿Cuál será su presión absoluta si su temperatura aumenta a   58 ºC y su volumen es de 3,5 L?

Datos:                                   Formula:                          Sustitución:   

V₁=3 L                              P₁V₁/T₁=P₂V₂/T₂           P₂=(684 mm de Hg)(3 L)(331^oK)/(315^oK)( 3,5 L)

T₁=42^oC=315^oK                  Despeje;

P₁= 684 mm de Hg          P₂= P₁V₁T₂/T₁V₂

P₂=¿?

T₂=58ºC=331^oK                                                                   Resultado: P₂=616.06 mm Hg

V₂=3,5 L

Estudie los siguientes videos:

1.- Ley de Boyle (Presión y Volumen), duración 7:20

https://youtu.be/0uknQo7ganQ

2.- Ley de Charles (Volumen y Temperatura en gases), duración 8:54

https://youtu.be/os_ZKVlZenM

3.- Ley de Gay Lussac (Presión y Temperatura en gases), duración 8:52

https://youtu.be/NmGo7HCEUac

4.- Ley Combinada de los Gases Ideales (ejercicios paso a paso), duración 12:17

https://youtu.be/tLp_1avZEwM

5.- Ecuación de los GASES IDEALES (muy fácil), duración 10:31

https://youtu.be/GbiYYBKA19o

6.- La presión de un gas ideal es 8,2 atm y ocupa un volumen de 12L. Calcule el número de moles a 27°C, duración 3:54

https://youtu.be/R0OFJkYgmOw

Resuelva los siguientes ejercicios, escriba sus resultados en el cuadro anexo: (Fecha de entrega jueves 25 de Noviembre)

1.- Un gas ideal ocupa un volumen de 5m³ a una presión absoluta de 25 atm, que volumen ocupara si se presuriza a 40 atm.

2.- Un gas ideal que se encuentra a una temperatura de 25 ^oC ocupa un volumen de 7L. Determine la temperatura final en ^oC del gas cuando alcanza un volumen final de2500 ml.

3.- Se llena un tanque con gas butano a 5 ^oC a una presión absoluta de 0.8 atm, ¿Cuál será su presión al elevar su temperatura a 25 oC?

4.- Un gas tiene un volumen de 655 ml cuando se encuentra a una presión absoluta de 770 mmHg y 20^oC, calcule el volumen final si la temperatura aumenta a 50 ^oC y su presión cambia a 80 mmHg.

5.-¿ Cuantas moles de H₂ se encuentran en una muestra de 3.25L a 32^oC y 2.24 atm?

 

 

 

 

 

 

 

Grupo

Nombre de los integrantes del equipo

EJERCICIO	RESULTADO
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3
4
5