Bienvenida
Les damos la más cordial bienvenida a nuestro blog
En éste encontraran herramientas para comprender las diferentes propiedades de los gases desde un punto de ...¿como esta constituida la materia? cómo varían lo podremos conseguir a través de un modelo que pretenda explicar ¿ Cómo están formados los gases?
Ahora bien, no se puede continuar sin saber la definición de
"Modelo".
Teoría Cinetica de la materia y postulados
Modelo
Un modelo es una aproximación a la realidad.
Los modelos se elaboran para facilitar la comprensión y el estudio de diversos fenómenos.
A lo largo de la historia y del pensamiento humano se ha elaborado un modelo a cerca de cómo está constituida la materia, se conoce con el nombre de Modelo Cinético Molecular.
Las leyes de los gases ayudan a predecir el comportamiento de los mismos, pero no explican lo que sucede a nivel molecular y que ocasionan los cambios que se observan en el nivel macroscòpico. Por eso se ha propuesto el modelo de la Teoría Cinética Molecular, cuyos fundamentos iniciales se deben a D. Bernoulli en 1738 y posteriormente a Maxwell y Boltzman en 1860.
Las investigaciones de estos produjeron numerosas generalizaciones acerca del comportamiento de los gases que desde entonces se conoce como: " La Teoría Cinética de los Gases".
Cuyos postulados principales son:
1.- Los gases están constituidos por pequeñas partículas que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las partículas pueden considerarse como "puntos" es decir, poseen masa pero tienen un volumen despreciable comparado con el volumen que los contiene.
2.- Debido a que las partículas de gas permanecen separadas entre ellas no existe ninguna fuerza de atracción o repulsión significativa y puede considerarse que se comportan como masas muy pequeñas.
3.- Las partículas de gas están en continuo movimiento en dirección aleatoria y con frecuencia chocan unas con otras. Las colisiones entre las partículas son perfectamente elásticas, es decir, la energía se transfiere de una partícula a otra por efecto de las colisiones sin embargo, la energía total de todas las partículas del sistema permanece inalterada.
4.- La energía cinética promedio de las partículas es proporcional a la temperatura del gas (en Kelvin), la energía cinética promedio de una partícula esta dada por:
Ec= 1/2 mv2
Donde:
Ec= Energiza Cinética
m= Masa de la partícula
v= Velocidad de la partícula
Energía Cinética
Es uno de los conceptos más importantes en ciencia.Aunque no se puede dar una definición general simple de "energía" en unas cuantas palabras, sí es posible definir cada tipo de energía.
Para propósitos de este tema, la energía se define en la forma tradicional como "La capacidad de realizar un trabajo".Esta definición simple no es muy precisa ni tampoco es valida para todos los tipos de energía,sin embargo en la energía mecánica sirve para la conexión fundamental entre trabajo y energía.
La energía del movimiento se lama energía cinética.
Para propósitos de este tema, la energía se define en la forma tradicional como "La capacidad de realizar un trabajo".Esta definición simple no es muy precisa ni tampoco es valida para todos los tipos de energía,sin embargo en la energía mecánica sirve para la conexión fundamental entre trabajo y energía.
Un objeto en movimiento tiene la capacidad de efectuar trabajo y por lo mismo, puede decirse que tiene energía.
Energía
La energía del movimiento se lama energía cinética.
Un objeto en movimiento puede efectuar trabajo sobre otro al golpearlo.
 |
| Un martillo en movimiento efectúa trabajo sobre un clavo que introduce en la madera. |
Magnitudes
Cualquier muestra de un gas puede describirse en función de cuatro magnitudes: masa,
volumen, presión y temperatura. La investigación de estas magnitudes con el aire condujo a
establecer relaciones cuantitativas entre ellas, válidas para todos los gases.
Grado de energía térmica medida en una escala definida.La temperatura de un cuerpo es la intensidad de calor, osea la cantidad de energía que puede ser transferida a otro cuerpo.
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volumen, presión y temperatura. La investigación de estas magnitudes con el aire condujo a
establecer relaciones cuantitativas entre ellas, válidas para todos los gases.
Presión
Fuerza por unidad de superficie, es decir:
P= F/S
Su unidad en el Sistema Internacional (SI), es el
PASCAL y equivale a:
Pa = 1N/1m2
El Pa es una unidad de presión
muy pequeña, por lo que se
suelen usar otras unidades de
presión. Entre ellas tenemos:
La atmósfera cuyo símbolo será
atm y que equivale a una
cantidad de Pascales de : 1 atm = 101.325 Pa.
 |
| 1.Gas sometido a 1 atm. 2. Gas sometido a 3 atm. |
Masa
Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Su valor no depende de la forma ni del estado de agregación en que se
encuentre el cuerpo.
•La unidad de masa es el kilogramo (kg), aunque también se emplean múltiplos
y submúltiplos.
Volumen
El volumen es un concepto que expresa la medida del espacio que ocupa un cuerpo. Es una variable
tridimensional.Imagen de equivalencias:
Temperatura
La materia
Es cualquier cosa que ocupa un espacio y tiene masa.Al menos en principio, puede existir en 3 estados:solido líquido y gas.
¿Cual es la diferencia entre un solido un liquido y un gas ?
En un solido, las fuerzas entre las partículas que lo forman
son muy grandes, por eso están muy juntas formando estructuras
ordenadas (como lo muestra la siguiente imagen) . Aún en los sólidos las partículas no estánquietas, tienen un movimiento de vibración.
En un gas las fuerzas de atracción entre las partículas, aunque
existen, son muy débiles. Por tanto, se mueven en todas
direcciones chocando continuamente unas con otras y contra
las paredes del recipiente que las contiene. Existe una gran
separación entre las partículas, grandes espacios vacíos.
 |
| Partículas en movimiento de un gas. |
En un líquido la situación es intermedia. Las fuerzas entre
partículas no son tan grandes como en los sólidos, ni tan débilescomo en los gases. Las partículas están más separadas
que en los sólidos (como se puede ver en la imagen), pero mucho menos que en los gases.
¿Qué ocurre cuando calentamos una sustancia?
Cuando calentamos damos energía. Esta energía es transferida a las partículas que
forman la materia lo que motiva que se muevan
con mayor velocidad.
Si por el contrario enfriamos... quitamos energía a
las partículas que se moverán ahora más lentamente.
 |
| El gas se transforma en líquido |
El que una sustancia esté en un estado u otro
depende de que las fuerzas que tienden a juntar
las partículas sean capaces de contrarrestar la
tendencia a separarse, que será tanto mayor
cuanto mayor sea su energía. Si bajamos la temperatura,
las partículas se moverán más lentamente
y las fuerzas atractivas serán capaces de
mantenerlas más juntas.
 |
| El solido funde y se transforma en un liquido.Si seguimos calentando pasará a gas |
Si tenemos un sólido y lo calentamos el movimiento
de vibración irá aumentando hasta que la
energía sea suficiente para superar las fuerzas
que las mantienen en sus posiciones.
Para poder explicar y entender el comportamiento de la materia existe un modelo teórico que se basa en los siguientes postulados:
- La materia está formada por pequeñas partículas (átomos, moléculas…)
- Entre las partículas que forman la materia no existe nada. Hay vacío.
- Existen unas fuerzas atractivas que tienden a juntar las partículas.
- Las partículas que forma un sistema material no están quietas, se mueven. La energía que poseen es proporcional a la temperatura. Esto es, si la temperatura es baja su movimiento será lento. Si la temperatura asciende se mueven más rápidamente.
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| Imagen en referencia al postulado número 1. |
 |
| Las moléculas de los sólidos interactúan entre sí con una fuerza intensa |
 |
Moléculas en movimiento¿Por que la presión aumenta si metemos mas gas o elevamos su temperatura?disminuye (menos choques).Si elevamos la temperatura, las partículas se moverán más rápidamente,lo que provocará un aumento de los choques (como en la imagen)  |
 |
| Aumento de presión en un gas |
¿POSIBILIDAD...?
La teoría cinética de la materia brinda una escala de temperaturas,cuyo cero no sea arbitrario (como en el caso de la escala centígrada, por ejemplo).
El razonamiento
sería el siguiente:
Si la temperatura de una sustancia es proporcional a la energía de sus partículas (átomos, moléculas…)
el cero de temperaturas debería fijarse allí donde las partículas no tuvieran energía. Esto es, cuando
estuvieran totalmente quietas.
Este es el criterio para fijar el cero de la escala absoluta de temperaturas, cuya unidad es el kelvin (K).
El cero de la escala absoluta se corresponde con – 273 0°C (más exactamente - 273,15 0°C).Como en la imagen.
Nota: La física cuántica demuestra que ni en el cero absoluto la energía de las partículas puede ser cero.
Movimiento browniano
El botánico y naturista escocés Robert Brown observo que en una solución de agua las partículas del polen de cierta hierba realizaban un movimiento continuo, accidentado en zig zag. El movimieto era azar.
Esto mismo lo podemos observar en las partículas que flotan en el aire, o si vertemos algún tipo de polvo de color en un vaso con agua: las partículas de polvo, si bien al cabo de un periodo de tiempo considerablemente grande acabarán en el fondo del vaso, tienen un movimiento completamente irregular y aleatorio, con movimientos hacia abajo, pero también hacia arriba. Brown sacó la conclusión de que tal fenómeno es característico de cualquier tipo de suspensiones en el que las partículas suspendidas tengan dimensiones muy pequeñas.
 |
Efecto aleatorio,trayectoria de la partícula.
|
Aplicaciones.. ?
Como por ejemplo, microbiología, este principio es altamente utilizado y estudiado en el movimiento de las partículas coloidales, que son sustancias cuyas partículas pueden encontrarse en suspensión en un líquido, dichas partículas no pueden atravesar la membrana semi-permeable de un osmómetro, además de presentar un movimiento aleatorio derivado del empuje de moléculas de agua alrededor de la bacteria.
En
el siguiente vídeo se puede observar el fenómeno llamado como “movimiento
Browniano” en una bacteria.
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| Partículas coloidales |
.jpg) |
| Bacterias |
Los Gases
Modelo de gas ideal
Como vamos a estudiar el comportamiento de los gases, vamos a establecer un MODELO para cualquier gas, que, como hemos visto en las anteriores imágenes, estará constituido por partículas moviéndose al azar y chocando contra las paredes del recipiente. Las características de nuestro MODELO ideal de gas serán:
-Las partículas del gas son pequeñísimas
comparadas con el volumen del recipiente.
-Se mueven al azar con distintas velocidades de
manera que, si aumenta la temperatura,
aumenta la velocidad de las partículas del gas.
- No existen fuerzas de atracción entre ellas.
- En su movimiento, chocan entre ellas y con las
paredes del recipiente cumpliéndose las leyes de
los choques elásticos.
- Cuando chocan aparecen las fuerzas o
interacciones entre ellas o con las paredes del
recipiente.
- Los choques con las paredes del recipiente
producen el efecto que llamamos presión sobre
las mismas.
comparadas con el volumen del recipiente.
-Se mueven al azar con distintas velocidades de
manera que, si aumenta la temperatura,
aumenta la velocidad de las partículas del gas.
- No existen fuerzas de atracción entre ellas.
- En su movimiento, chocan entre ellas y con las
paredes del recipiente cumpliéndose las leyes de
los choques elásticos.
- Cuando chocan aparecen las fuerzas o
interacciones entre ellas o con las paredes del
recipiente.
- Los choques con las paredes del recipiente
producen el efecto que llamamos presión sobre
las mismas.
ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES PERFECTOS
La ecuación general de los gases es el resumen que engloba a varias leyes que se
enunciaran de forma separada:
Ley de Boyle - Mariotte:
Dice que, si se mantiene la temperatura constante, el volumende una determinada cantidad gas es inversamente proporcional a la presión:
PV = k (T, n constantes)
Presión aumenta=volumen disminuye(como en la imagen)
Demostración de ésta ley bajo el siguiente experimento.
Ley de Charles – Gay Lussac:
Dice que, si se mantiene la presión constante, el volumen de
una determinada cantidad de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta:
V = k´T (P, n constantes)
(En la imagen:Un gas a presión constante y cuando se aumenta la temperatura, el volumen de gas aumenta)
Ley de Gay Lussac:
Dice que...Si se mantiene el volumen constante, la presión que ejerceuna determinada cantidad gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta:(como en a imagen)
P = k´T (V, n constantes)
Ley de Avogadro:
Si se mantienen las mismas condiciones de presión y temperatura, el
volumen de un gas depende del número de moles, es decir de la cantidad de gas:
V = k´´n (P, T constantes)
En condiciones estándar de presión y temperatura (P = 1 atm y T = 273 K), el volumen ocupado es de 22.4 l, como se muestra en la siguiente figura:
ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES IDEALES
Combinando las leyes vistas anteriormente:
P . V = cte ( para T y m constantes): Ley de Boyle
V = cte . T (para P y m constantes): Ley de Charles y Gay-Lussac
P = cte . T (para V y m constantes): 2ª Ley de Gay-Lussac
V = cte . n (para P y T constantes): Ley de Avogadro
se obtiene la ecuación conocida como ecuación general de los gases ideales:
P . V = cte . n . T
o bien donde R es una constante denominada constante de los gases. Si la presión se expresa en
atmósferas, el volumen en litros y la temperatura en K, el valor de R es de 0,082 atm.l/mol.K,
mientras que en el S.I. el valor de R = 8,3 J / mol .K
P . V = n . R . T
Para una cantidad determinada de gas, la ley de los gases ideales puede expresarse
también en función de las condiciones iniciales y las finales:
P.V = n.R.T ; si n= cte: P.V / T = cte
P1V1/T1=P2V2/T2; (m=constante)
La ecuación de los gases ideales, se cumple estrictamente para los llamados gases ideales:
gases hipotéticos en los que el tamaño de las moléculas es absolutamente despreciable frente a la distancia existente entre las moléculas (volumen nulo) y en el que además no existieran fuerzas intermoleculares. Sin embargo, el comportamiento de los gases reales difiere ligeramente del ideal a causa del tamaño de las moléculas y también porque existen fuerzas intermoleculares. No obstante, para todos los cálculos que se efectúan normalmente, puede suponerse que los gases reales se comportan como se fueran ideales. La ecuación de los gases ideales se aplica con bastante exactitud a todos los gases cuando se encuentran a presiones muy bajas y temperaturas elevadas, es decir, cuando las moléculas están muy alejadas unas de otras y se desplazan con velocidades elevadas.
Para un nº de partículas de cualquier gas, el
producto PRESIÓN por VOLUMEN partido por la
TEMPERATURA absoluta del gas es una
CONSTANTE.
Esta LEY DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES, nos
permitirá, conocidas unas condiciones de presión de
volumen y de temperatura, pasar a otras
determinadas, es decir, de las anteriores leyes.
En el video se muestra lo visto en esta entrada.."Los Gases"
Para Concluir...
Referencias
Te dejamos las referencias que utilizamos para la información contenida de éste blog y así complementar los temas vistos.http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/ens_3/portafolios/quimica/equipo3/index.htm
Harry B. Gray, Gilbert P. Haight, Jr. Principios Básicos de Química. Editorial Reverte, España, 2003
Wilson, Bufa, Lou. Física. Editorial Pearson, México 2007
En esta pagina podrás encontrar los videos que se presentaron en el blog. Para ayudar a la mejor comprension de estos: http://es.scribd.com/doc/51435833/Experimentos-leyes-de-los-gases
Esperamos te puedan ayudar a complementar mas los conocimientos aprendidos de este blog.
Un video sobre lo visto en este block....
Cuando hablamos de un sólido prácticamente el espacio vacío es mucho menor ya que los átomos están en contacto, y las moléculas también. Mientras que en un líquido los espacios son más grandes pero no llegan hacer como los espacios de los gases.
Tenemos que tener en claro que la luz, temperatura y calor no son materia, ya que no ocupan un volumen y no cuentan con una masa.
* Los gases se difunden y ocupan el espacio del recipiente que los contiene.
Si se comprimen aumenta su presión.
* Los líquidos tienen la forma del recipiente que los contiene. Por lo tanto no tienen forma fija.
Pueden fluir porque sus moléculas se deslizan unas sobre otras.
* Los sólidos tienen forma fija y volumen constante, y se dilatan mucho menos que los gases.
Entre mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad en que se mueven las moléculas.
¿POR QUÉ SE SIRVE EL TÉ CALIENTE...?
La mayoría de los sólidos se disuelven mejor a altas temperaturas.
Una partícula de "té" incrementa la cantidad de vibración en sus moléculas al calentar el agua, haciendo que se disuelvan.
También significa que las moléculas del agua se mueven más rápido, por lo que tienen más probabilidades de disolver el té. Los detergentes y los jabones también actúan mejor a altas temperaturas porque la reacción según la cual se adhieren a la suciedad requiere energía.
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