labo 5 gases

8/16/2019 Labo 5 Gases

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LABORATORIO N° 05GASES

GASES

I.OBJETIVOS.

• Estudiar y experimentar algunas prpiedades y leyes !undamentales"ue expli#an el #mprtamient de ls gases ideales$

• %emstrar experimentalmente la ley de Byle&maritte las#ual es una prpiedad !undamental de ls gases$

• Esta'le#er la de(ni#i)n y la #mparati*a entre gases idealesy gases reales$

• %eterminar el *lumen mlar del +idrgen en #ndi#inesde la'ratri para lueg #al#ular su *lumen en

#ndi#ines est,ndar$• Estudiar y #mpr'ar la prpiedad de di!usi)n de ls gasesde a#uerd a la ley de Gra+am$

I$ -.N%A/ENTO TERI1O

$

El aire es una #mpleamezcla de mu#+as sustan#iassimples3 algunas at)mi#as y

tras !rmadas pr pe"ue4asml#ulas$ Sin em'arg#nsiste prin#ipalmente de N26789: y O2 62;9:$ Adem,s deN2 y O23 uns #uantselements mas 6


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r eempl3 el aire "uerespirams3 las ml#ulas#upan apenas el 0$;9 del

*lumen ttal3 el rest esespa#i *a#=$ Entre lasprpiedades de un gas "ue sn!,#iles de medir est,n sutemperatura3 *lumen ypresi)n$ r l tant3 nde'ems extra4arns "uemu#+s de ls primersestudis de ls gases se#n#entrarn en las rela#ines

Ls gases tam'in sn

muy #mpresi'les3#uand se apli#a presi)na un gas3 su *lumendisminuye !,#ilmente$ En#ntraste3 ls l="uids yls s)lids n seexpanden para llenar susre#ipientes y tamp# sn!,#ilmente #mpresi'les$

RESIN %E LOS GASES

La presi)n atms!ri#a se demuestra !,#ilmente$ .neempl #mCn es al 'e'er un l="uid #n un ppte$Al su##inar el aire pr medi de un pp te se

redu#e la presi)n en su interir3 el *a#= #read sellena #n el l="uid "ue es empuad +a#ia la partesuperir del ppte pr la mayr presi)natms!ri#a$

Ls gases eer#en presi)n s're #ual"uier super(#ie#n la "ue entren en #nta#t3 ya "ue las ml#ulas

gasesas se +allan en #nstante m*imient$ Ls+umans ns +ems adaptad (sil)gi#amente tan'ien a la presi)n del aire "ue ns rdea3 "ue pr lregular des#n#ems su existen#ia3 "ui?, #m lspe#es sn in#ns#ientes de la presi)n del agua s'reells$


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La presi)n e2er#ida s're un '2et en un Duid pr*iene detdas dire##ines de a'a2 y de arri'a3 as= #m de i?"uierda adere#+a$ A ni*el mle#ular3 la presi)n del aire se prdu#ede'id a #+"ues entre las ml#ulas del aire #ntra #ual"uier

super(#ie #n la "ue entren

en #nta#t

La magnitud de la presi)n depende de la !re#uen#ia y la !uer?a#n "ue las ml#ulas impa#ten la super(#ie$ Resulta "ue +ay

tantas ml#ulas glpeand el papel pr en#ima #m prde'a23 de manera "ue el papel permane#e plan

Imagine "u su#eder=a3 entn#es3 si sstu*iera (rme una+2a de papel pr en#ima de su #a'e?a 6#n am'as

mans:$ Fui?,s esperar=a "ue el papel se d'lara de'ida la presi)n de aire s're ste3 per es n #urre$ La

ra?)n es "ue el aire3 al igual "ue el agua3 es un Duid$

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Presión

atmosfér

ica

G 6El aire !uera de la#a'ina presuri?ada deun a*i)n a H Im dealtura es muy ligerpara ser respirad$: %e+e#+ a densidad delaire disminuye #nrapide? al aumentar ladistan#ia de la Tierra$

Ls ,tms y lasml#ulas de

ls gases en laatm)s!era3 #m

el rest de lamateria3 est,n

suets a laatra##i)n

gra*ita#inal dela TierraJ

G Las medi#ines se4alan "ueaprximadamente 509 dela atm)s!era se en#uentradentr de K$ Im de lasuper(#ie de la Tierra3 H09dentr de ;K Im3 M HH9dentr de 2 Im$

pr#nsiguiente3 la

atm)s!era es

mu#+ m,sdensa #er#a dela super(#ie dela Tierra "ue en

altitudesele*adas$

G N srprende "ue #uant m,sdens sea el aire3 mayr es lapresi)n "ue eer#e$ La !uer?a "ueexperimenta #ual"uier super(#ieexpuesta a la atm)s!era de la

Tierra es igual al pes de la#lumna de aire "ue est, en#imade ella$ La presi)n atms!ri#a3#m l indi#a su nm're3 es lapresi)n "ue eer#e la atm)s!erade la Tierra$ El *alr real de lapresi)n atms!ri#a depende dela l#ali?a#i)n3 la temperatura ylas #ndi#ines #lim,ti#as$

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1)m se mide la presi)n atms!ri#aP r'a'lemente el 'ar)metr sea el instrument m,s #mCn

para medirla$ .n 'ar)metr sen#ill #nsta de un tu' larg de*idri3 #errad en un extrem y llen de mer#uri$ Si el tu' sein*ierte #n #uidad s're un re#ipiente #n mer#uri3 demanera "ue n entre aire en el tu'3 parte del mer#uri saldr,del tu'+a#ia el

re#ipiente3 #reand un *a#= en el extrem superir $

El pes del mer#uri remanente en el tu' se #nser*a prla presi)n atms!ri#a "ue a#tCa s're la super(#ie delmer#uri en el re#ipiente$ La presi)n atms!ri#a est,ndar 6latm: es igual a la presi)n "ue sprta una #lumna de mer#uriexa#tamente de 7K0 mm 6 7K #m:de altura a O°1 al ni*el delmar$ En tras pala'ras3 la presi)n atms!ri#a est,ndar es iguala la presi)n de 7K0 mm


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.n man)metr es undispsiti* para medir la

presi)n de ls gasesdistints a ls dela

atm)s!era$ El prin#ipi depera#i)n de un

man)metr es pare#id alde un 'ar)metr$ Existends tips de man)metrs3

"ue se 'ser*an en la(gura S$

$ El man)metr de tu'#errad se utili?a

#mCnmente para medir

presines menres a lapresi)n atms!ri#a3 entant "ue el man)metr de

tu' a'iert es m,sade#uad para medir

presines iguales mayres"ue la presi)n atms!ri#a$

1asi tds ls'ar)metrs y la mayr

parte de lsman)metrs emplean

mer#uri #m Duid detra'a23 a pesar de "uees una sustan#ia t)xi#a3

al igual "ue sus*apres$ La ra?nes "ueel mer#uri tiene una

densidad muy alta 6;N$KgmL: en #mpara#i)n#n la mayr=a de ls

l="uids

1m la altura de la#lumna de un l="uid es

in*ersamente prpr#ina lasu densidad3 esta prpiedad

permite #nstruir'ar)metrs y man)metrspe"ue4s "ue se manipulan

#n !a#ilidad$

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1ada una de las generali?a#ines en#uant al #mprtamientma#rs#)pi# de las sustan#iasgasesas representa una etapaimprtante en la +istria de la #ien#ia$

En #n2unt3 tales generali?a#ines+an tenid un papel muy desta#ad enel desarrll de mu#+as ideas de la"u=mi#a$

Las lees de los !ases

Las leyes de ls gases "ue seestudiar,n en este #ap=tul snprdu#t de in#nta'lesexperiments "ue se reali?arns're las prpiedades !=si#as dels gases durante *aris sigls$

$ Byle des#u'ri) "ue elprdu#t de la presi)n

pr *lumen de una#antidad (a de gas era

un *alraprximadamente

#nstante$ Nt) "ue si lapresi)n de aire se dupli#a

su *lumen era la mitaddel *lumen anterir y sila presi)n se tripli#a'a el

*lumen 'aa'a a unater#era mitad del ini#ial$

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La ley de Byle se puede expresar #m


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#oy, despu$s de numerosas confirmaciones del tra%a&o de 'oyle y eperimentos

adicionales, la relación entre el olumen y la presión de un *as se conoce como Ley de

'oyle. +i aumenta la presión de un *as. l olumen disminuye proporcionalmente- por

lo tanto, si la presión disminuye, el olumen aumenta. +i dos cantidades soninersamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye.

&emplo piense en un *lo%o inflado, cuando oprimimos el *lo%o (aumenta la presión) el

olumen disminuye- al soltarlo (disminuye la presión) el olumen aumenta.

/n m$todo que se utilia etensamente para demostrar la relación entre dos

cantidades es la construcción de *rficas, en las que se aprecia fcilmente como

ar2an cantidades entre s2.

La relación temperatura-volumen: ley de Charle

La Ley de 4arles y 5ay6Lussac, o simplemente Ley de 4arles, es una de las leyes de los

*ases ideales. 7elaciona el olumen y la temperatura de una cierta cantidad de *as ideal,

mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. n

esta ley, 4arles dice que para una cierta cantidad de *as a una presión constante, al aumentar

la temperatura, el olumen del *as aumenta y al disminuir la temperatura el olumen del *as

disminuye. sto se de%e a que la temperatura est directamente relacionada con la ener*2a

cin$tica (de%ida al moimiento) de las mol$culas del *as. 8s2 que, para cierta cantidad de *as a

una presión dada, a mayor elocidad de las mol$culas (temperatura), mayor olumen del *as.

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_ideal


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La ley fue pu%licada primero por Louis 9osep4 5ay6Lussac en 1:0, pero 4ac2a referencia al

tra%a&o no pu%licado de 9acques 4arles, de alrededor de 1;:;, lo que condu&o a que la ley sea

usualmente atri%uida a 4arles. La relación 4a%2a sido anticipada anteriormente en los tra%a&os

de 5uillaume 8montons en 1;0.

Por otro lado, 5ay6Lussac relacionó la presión y la temperatura como ma*nitudes directamente

proporcionales en la llamada


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>e acuerdo con la ley de 8o*adro, cuando dos *ases reaccionan entre s2, los olmenes quereaccionan de cada uno de los *ases tienen una relación sencilla entre s2. +i el producto es un*as, su olumen se relaciona con el olumen de los reactios mediante una relación sencilla(un 4ec4o demostrado antes por 5ay6Lussac). Por e&emplo, considere la s2ntesis de amoniacoa partir de 4idró*eno y nitró*eno moleculares

3#2$"% & '2$"% 2'#3$"%

3 mole 1 mol 2 mole

>ado que a la misma temperatura y presión, los olmenes de los *ases son directamenteproporcionales al nmero de moles de los *ases presentes, a4ora se puede escri%ir

3#2$"% & '2$"% 2'#3$"%

3 vol(mene 1 volumen 2 vol(mene

La proporción de olumen de 4idró*eno molecular respecto del nitró*eno molecular es de3 1,Yla del amoniaco (el producto) respecto del 4idró*eno molecular y del nitró*eno molecular(losreactios) es B o 1.

1 mol)cula & 3 mol)cula 2 mol)cula

1 mol & 3 mole 2 mol

1 volumen & 3 vol(mene 2 vol(mene


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La ecuación del "a ideal

La ecuación conocida como ecuación del *as ideal, eplica la relación entre las cuatroaria%les P, ?, C Y n. /n *as ideal es un *as 4ipot$tico cuyo comportamiento de presión,olumen y temperatura se puede descri%ir completamente con la ecuación del *as ideal.

Las mol$culas de un *as ideal no se atraen o se repelen entre s2, y su olumen es desprecia%leen comparación con el olumen del recipiente que lo contiene. 8unque en la naturalea noeiste un *as ideal, las discrepancias en el comportamiento de los *ases reales en mr*enesraona%les de temperatura y presión no alteran sustancialmente los clculos. Por lo tanto, sepuede usar con se*uridad la ecuación del *as ideal para resoler muc4os pro%lemas de *ases.

8ntes de aplicar la ecuación del *as ideal a un sistema real, se de%e calcular 7, la constante delos *ases. 8 DE (;3 .1! A) Y 1 atm de presión, muc4os *ases reales se comportan como un*as ideal. n los eperimentos se demuestra que en esas condiciones, 1 mol de un *as idealocupa un olumen de .B1B L, que es un poco mayor que el olumen de una pelota de%aloncesto.

Las condiciones de DE y 1 atm se denominan temperatura y presión estndar, y a menudo sea%reian CP.

* = P? nC

= (l atm) (.B1B L) (l mol) (;3.1! A)

= 0.0:0!; LF atm G A. mol

Los puntos entre L y atm, y entre A y mol, recuerdan que tanto L como atm estn en elnumerador, y que A y mol estn en el denominador. Para la mayor2a de los clculos seredondear el alor de 7 a tres cifras si*nificatias (0.0:1 LF atmGA. mol), y se utiliar .B1Lpara el olumen molar de un *as a CP.

n el e&emplo !.3 se indica que si se conoce la cantidad, el olumen y la temperatura de un *ases posi%le calcular su presión al utiliar la ecuación del *as ideal. 8 menos que se esta%leca lo

contrario, se supone que las temperaturas dadas en 0E en los clculos son eactas, as2 queno afectan el nmero de cifras si*nificatias.

La ecuación del *as ideal es til para resoler pro%lemas que no implican cam%ios en P, ?, C Yn de una muestra de *as. Por lo tanto, si se conocen tres aria%les se puede calcularla cuartamediante la ecuación. +in em%ar*o, a eces es necesario tra%a&ar con cam%ios de presión,olumen y temperatura, o incluso, de cantidad del *as. uando cam%ian las condiciones, sede%e emplear una forma modificada de la ecuación del *as ideal que toma en cuenta lascondiciones in2ciales y finales.

Partiendo de la ecuación de estado

Cenemos que


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>onde 7 es la constante uniersal de los *ases ideales, lue*o para dos estados del mismo *as,1 y

Para una misma masa *aseosa (por tanto, el nmero de moles HnI es constante), podemosafirmar que eiste una constante directamente proporcional a la presión y olumen del *as, einersamente proporcional a su temperatura.

La maa molecular de una utancia "aeoa

>e lo que se 4a dic4o 4asta aqu2, qui se ten*a la impresión de que la masa molar de unasustancia se encuentra eaminando su fórmula y al sumar las masas molares de los tomosque la componen. +in em%ar*o, este procedimiento sólo funciona si se conoce la fórmula realde la sustancia. n la prctica, los qu2micos con frecuencia tra%a&an con sustanciasdescomposición desconocida o sólo parcialmente definida. Jo o%stante, si la sustanciadesconocida es un *as, se puede encontrar su masa molar *racias a la ecuación del *as ideal.Codo lo que se necesita es determinar el alor eperimental de la densidad (o los datos demasa y olumen) del *as a una presión y temperatura conocidas.

+enidad de un "a

+i se reacomoda la ecuación del *as ideal, se puede calcular la densidad de un *as

8 diferencia de las mol$culas de la materia condensada (es decir, l2quidos y sólidos), lasmol$culas *aseosas estn separadas por distancias que son amplias en comparación con sutamaKo. n consecuencia, la densidad de los *ases es muy %a&a en condiciones atmosf$ricas.

Por esta raón, la densidad de los *ases se epresa comnmente en *ramos por litro(*GL) en

e de *ramos por mililitro (*GmL)

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura


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,ecla de "ae y preione parciale

La presión parcial de un *as, en atmósferas, en una mecla o solución ser2a aproimadamente

la presión de dic4o *as si se eliminaran repentinamente todos los dems componentes de la

mecla o solución y sin que 4u%iese ariación de temperatura. La presión parcial de un *as en

una mecla es la medida de la actiidad termodinmica de las mol$culas de dic4o *as y, por lotanto, es proporcional a la temperatura y concentración del mismo.

Ley de >alton y de las presiones parciales

La presión parcial de un *as ideal en una mecla es i*ual a la presión que e&ercer2a en caso de

ocupar $l solo el mismo olumen a la misma temperatura. sto sucede porque las mol$culas de

un *as ideal estn tan ale&adas unas de otras que no interactan entre ellas. La mayor2a de los

*ases reales se acerca %astante a este modelo.

omo consecuencia de esto, la presión total, es decir la suma de todas estas presiones, de una

mecla en equili%rio es i*ual a la suma de las presiones parciales de los *ases presentes. Pore&emplo, para la reacción dada

3#2$"% & '2$"% 2'#3$"%

La presión total es i*ual a la suma de las presiones parciales indiiduales de los *ases queforman la mecla

>onde P es la presión total de la mecla y P denota la presión parcial de .

+i se disminuye el olumen del recipiente, la presión total de los *ases aumenta. Por ser lareacción reersi%le, la posición de equili%rio se muee 4acia el lado de la reacción con unmenor nmero de moles (en este caso, el producto del lado derec4o). Por el Principio de Le4telier , esto ser2a como aumentar la fracción de la presión completa disponi%le a losproductos, y disminuir la fracción disponi%le a los reactios (porque 4ay ms moles de reactioque de producto).

?ar2a la composición de los *ases, por lo que aumenta la presencia de amon2aco. >e formasimilar, un cam%io en la temperatura del sistema propicia la producción de reactios (porque lareacción inersa es endot$rmica).

La presión parcial de un *as es proporcional a su fracción molar , lo que es una medida deconcentración. sto quiere decir que se puede 4allar la constante de equili%rio para unareacción en equili%rio que inolucre una mecla de *ases a partir de la presión parcial de cadauno y la fórmula qu2mica de la reacción. La constante de equili%rio para los *ases se denotacomo AP. Para una reacción

a8 M %' N c M d>

8s2, la constante de equili%rio AP se puede calcular con,

http://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Le_Ch%C3%A2telierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Le_Ch%C3%A2telierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_endot%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fracci%C3%B3n_molarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_equilibriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Le_Ch%C3%A2telierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Le_Ch%C3%A2telierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_endot%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fracci%C3%B3n_molarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_equilibrio


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8unque la composición de los *ases ar2a cuando se comprime el recipiente, el equili%riopermanece inariante (asumiendo que la temperatura permaneca tam%i$n constante).

eor/a cin)tica molecular de lo "ae

Las leyes de los *ases ayudan a predecir el comportamiento de los *ases, pero no eplican loque sucede a niel molecular y que ocasiona los cam%ios que se o%seran en el mundomacroscópico. Por e&emplo, Opor qu$ un *as se epande al calentarlo

n el si*lo "Q", arios f2sicos, entre los que destacan LudRi* 'oltmann: y 9ames lerk

SaRell, encontraron que las propiedades f2sicas de los *ases se eplican en t$rminos delmoimiento de mol$culas indiiduales, el cual es una forma de energía, que aqu2 se definecomo la capacidad para realiar un tra%a&o o producir un cam%io. n mecnica, el trabajo sedefine como la fuera multiplicada por la distancia. omo la ener*2a se puede medir comotra%a&o, se escri%e

ner*2a = tra%a&o realiado

= fuera distancia

l &oule (9) es la unidad +Q de ener*2a

1 9 = 1 k*mGs

= 1 J m

Los descu%rimientos de SaRel9, 'oltmann y otros Tprodu&eron numerosas *eneraliacionesacerca del comportamiento de los *ases que desde entonces se conocen como la teor2acin$tica molecular de los *ases, o simplemente la teor2a cin$tica de los *ases. >ic4a teor2a secentra en las si*uientes suposiciones

1. /n *as est compuesto de mol$culas que estn separadas por distancias muc4o mayoresque sus propias dimensiones. Las mol$culas puedenconsiderarse como


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La ener*2a cin$tica promedio de una mol$cula est dada por

c = U m ?

>onde m es la masa de la mol$cula y u es su elocidad. La %arra 4oriontal denota un alorpromedio. La cantidad ?se denomina elocidad cuadrtica media- es el promedio del cuadradode las elocidades de todas las mol$culas

? = ?1 M ?

MVM ?n

n

>onde n es el nmero de mol$culas.

>e acuerdo con la teor2a cin$tica molecular, la presión de un *as es el resultado de lascolisiones entre las mol$culas y las paredes del recipiente que lo contiene. >epende de lafrecuencia de las colisiones por unidad de rea y de la


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+iuión y euión de "ae

84ora se analiaran dos fenómenos %asados en el moimiento *aseoso.

+iuión de lo "ae

La difusión, es decir, la mecla *radual de las mol$culas de un *as con mol$culas de otro *as,en irtud de sus propiedades cin$ticas, constituye una demostración directa del moimientoaleatorio de los *ases. 8 pesar de que las elocidades moleculares son muy *randes, elproceso de difusión toma un tiempo relatiamente *rande para completarse. Por e&emplo,cuando en un etremo de la mesa del la%oratorio se a%re una %otella de una disoluciónconcentrada de amoniaco, pasa un tiempo antes de que una persona que est$ en el otroetremo de la mesa pueda olerlo. La raón es que una mol$cula eperimenta numerosascolisiones mientras se est moiendo desde un etremo al otro de la mesa. Por ello, la difusiónde los *ases siempre sucede en forma *radual, y no en forma instantnea, como parecensu*erir las elocidades moleculares. 8dems, puesto que la ra2 de la elocidad cuadrticamedia de un *as li*ero es mayor que la de un *as ms pesado, un *as ms li*ero se difundira tra$s de cierto espacio ms rpido que un *as ms pesado.

n 1:3, el qu2mico escoc$s C4omas 5ra4am WW encontró que %a&o las mismas condiciones detemperatura y presión, las elocidades de difusión de los *ases son inersamenteproporcionales a las ra2ces cuadradas de sus masas molares. ste precepto, conocido como laley de la difusión de 5ra4am, se epresa matemticamente como

s decirlaelocidaddedifusióndeun*asesinersamenteproporcionalalara2cuadradadesupesomolecular.

uión de lo "ae

+i %ien la difusión es un proceso mediante el cual un *as se mecla *radualmente con otro, laefusión es el proceso mediante el cual un *as %a&o presión se escapa de un compartimiento deun contenedor a otro atraesando por un pequeKo orificio. 8unque la efusión difiere ennaturalea de la difusión, la elocidad de efusión de un *as tiene la misma forma que la ley dedifusión de 5ra4am. /n *lo%o de 4ule lleno de 4elio se desinfla ms rpido que uno lleno de

aire de%ido a que la elocidad de efusión a tra$s de los poros del 4ule es ms rpida para lostomos ms li*eros del 4elio que para las mol$culas de aire. Qndustrialmente, la efusión de un*as se utilia para separar los isótopos de uranio en las formas de3!/X y 3:/X *aseosos.


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8l someter a los *ases a muc4as etapas de efusión, los cient2ficos pueden lo*rar elenriquecimiento del isótopo 3!/, que se utilió en la fa%ricación de %om%as atómicas durantela +e*unda 5uerra Sundial.

ae reale: +eviación del comportamiento ideal

Las leyes de los *ases y la teor2a cin$tica molecular suponen que las mol$culas en estado*aseoso no e&ercen fuera al*una entre ellas, ya sean de atracción o de repulsión. Dtrasuposición es que el olumen de las mol$culas es pequeKo, y por lo tanto desprecia%le, encomparación con el del recipiente que las contiene. /n *as que satisface estas dos condicionesse dice que e4i%e un comportamiento ideal.

8unque se puede suponer que los *ases reales se comportan como un *as ideal, no se de%eesperar que lo 4a*an en todas las condiciones. Por e&emplo, sin las fueras intermoleculares,los *ases no se condensar2an para formar l2quidos. La pre*unta importante es Oen qu$condiciones los *ases e4i%irn un comportamiento no ideal

n la fi*ura se muestra la relación *rfica de P?G7C contra P para tres *ases reales y un *asideal a una temperatura dada. ste *rfico aporta una prue%a del comportamiento de un *asideal. >e acuerdo con la ecuación del *as ideal (para 1 mol de *as), P?G7C =1,independientemente de la presión real del *as.

(uando n = 1, P? = n7C se conierte en P? = 7C, o P?G7C = 1). Para los *ases reales, estoes lido sólo a presiones moderadamente %a&as (+ ! atm)- a medida que aumenta la presión,las desiaciones que ocurren son si*nificatias.


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Las fueras de atracción operan entre las mol$culas a distancias relatiamente cortas. 8presión atmosf$rica, las mol$culas de un *as estn muy separadas y las fueras de atracciónson desprecia%les. 8 presiones eleadas, aumenta la densidad del *as y las mol$culas a4oraestn ms cerca unas de otras. ntonces, las fueras intermoleculares pueden ser muysi*nificatias y afectar el moimiento de las mol$culas, por lo que el *as no se comportar enforma ideal.

Dtra manera de o%serar el comportamiento no ideal de los *ases es disminuyendo latemperatura. on el enfriamiento del *as disminuye la ener*2a cin$tica promedio de susmol$culas, que en cierto sentido pria a $stas del impulso que necesitan para romper suatracción mutua.

Para estudiar los *ases reales con mayor eactitud, es necesario modificar la ecuación del *asideal, tomando en cuenta las fueras intermoleculares y los olmenes moleculares finitos. stetipo de anlisis fue realiado por primera e por el f2sico 4oland$s 9. >. an der Zaals 1 en1:;3. 8dems de ser un procedimiento matemtico simple, el anlisis de an der Zaalsproporciona una interpretación del comportamiento del *as real a niel molecular.

uando una mol$cula particular se aproima 4acia la pared de un recipiente, las atraccionesintermoleculares e&ercidas por las mol$culas ecinas tienden a suaiar el impacto de estamol$cula contra la pared. l efecto *lo%al es una menor presión del*as que la que se esperar2apara un *as ideal. ?an der Zaals su*irió que la presión e&ercida por un *as ideal, P ideal serelaciona con la presión eperimental medida, Preal, por medio de la ecuación

Pideal= Preal& an2 42

>onde a es una constante y n y ? son el nmero de moles y el olumen del *as,respectiamente. l factor de corrección para la presión (anG?) se entiende de la si*uiente

manera.

Las interacciones intermoleculares que dan lu*ar al comportamiento no ideal dependen delafrecuencia con que se acerquen dos mol$culas. l nmero de tales


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Llenar el re#ipiente tu'ular #n agua de #a4 +asta el 'rdeG 1l#ar di#+ re#ipiente dentr de un *as de 00 ml3 el #ual se usa

para #le#tar el agua de re'se$

-i2ar la 'ureta #n una pin?a a un sprte de pie$G %eterminar el *lumen muert de la 'ureta$

/ida #n una pr'eta K ml de


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Armar el e"uipmstrad en la (gura$ Tenga #uidad "ue el

tu' este per!e#tamentelimpi y se#$

1l#ar un pe"ue4tr? de algd)n en la

#a*idad de #ada un dels tapnes de gma$

Agregar #uidadsamentes're el algd)n de unde ls tapnes unas L

gtas de


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A4ada

agua ale"uip dela (g$5+asta lamitad

1ne#te el e"uipde la (g$53 a la

l=nea de gas3 paral #ual

desprender, lamanguera del

me#+er3manteniend la*,l*ula del gas

#errada$A'ra la lla*e

de gas

sua*ementeJde n+a#erl as=saltar, elagua prelextremli're dele"uip$

Lee ladi!eren#ia de

ni*eles enam's

ramales3e*itand el

errr deparalela2e$

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E"PE#I$E%TO %& ',)

labo 5 gases

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