La Ley
general de los gases ideales surge como resultado del conocimiento adquirido de
la Ley de Boyle, la Ley de Charles y la Ley de Avogadro. Así como de la
ecuación:
PV/T=K
De esta obtenemos la ecuación de la Ley
General de los Gases Ideales:
PV=nRT
Esta ley es válida para la mayoría de los gases (con ciertas limitantes
de presión y temperatura) independientemente de su identidad química.
•La constante R es llamada Constante Universal
de los Gases y es un factor de conversión fundamental.
•El valor de R depende de las unidades de P,
V, T y n
•La temperatura debe ser expresada en la escala Kelvin (temperatura
absoluta)
•La cantidad de gas n, se expresa en moles.
En este video se comprueban las leyes de los gases.
La teoría cinética de los
gases considera que los gases están compuestos por las moléculas, partículas
discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas
partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total
ocupado por tales moléculas es una pequeña parte del volumen ocupado por todo
el gas, por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse en cuenta en
primer lugar un espacio vacío en ese volumen.
El gas deja muchos
espacios vacíos y esto explica la alta comprensibilidad, la baja concentración. Hay que tener en
cuenta que: ● En el movimiento,
las moléculas de los gases chocan unas con otras y con las
paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria. ● La frecuencia de
las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen
los gases. ● La energía de
tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. Pero
la energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen
y la temperatura del gas no cambian; por lo tanto, la presión de un gas es
constante si la temperatura y el volumen no cambian. ● No existen fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas.
● Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen energía cinética.
Si un gas es introducido en un recipiente cerrado, sus moléculas se moverán según los argumentos de la teoría cinética molecular, con una velocidad que aumentará con la temperatura. Un ejemplo de que
un determinado número de moléculas, las cuales se pueden expresar en función al
número de moles (n), se llevan a un recipiente cerrado de volumen (V) y a una
temperatura kelvin (T), las moléculas se moverán chocando contra las paredes
del recipiente ejerciendo una fuerza F que al expresarse con relación al área S
de la pared determinará una presión (P), que es dependiente del número de choques.
La presión, la temperatura, y el volumen de una muestra de gas son sus
variables de estado. Si un gas es
introducido en un recipiente cerrado, sus moléculas se moverán según los
argumentos de la teoría cinética
molecular, con una velocidad que aumentará con la temperatura.
De los tres estados de la
materia, en el estado gaseoso las interacciones entre sus partículas son
mínimas, por lo que es en este caso donde el estudio y la interpretación de los
resultados obtenidos es menos complicada. Como resultado de tales estudios se
ha llegado a establecer una serie de conclusiones que se incluye bajo un
seguimiento de leyes de los gases, las cuales explican el comportamiento de estas
sustancias en ciertas condiciones especiales.
Ley de Boyle
Robert Boyle investigó el comportamiento de una cantidad fija de gas
sometido a diversas presiones, y encontró una relación muy sencilla entre su
volumen y su presión:
"El volumen (V) de una masa de un gas, a temperatura (T) constante,
es inversamente proporcional a la presión aplicada (P) sobre él"; la
expresión matemática de esta ley es:
V=k(1/P), donde k es una constante de proporcionalidad.
Esta ley fue formulada por el químico irlandés Robert Boyle (1627-1691)
y describe el comportamiento del gas ideal cuando se mantiene su temperatura
constante (trasformación isotérmica). Consideremos pues un recipiente con tapa
móvil que contiene cierta cantidad de gas.
En este experimento con una jeringa se comprueba la ley de Boyle, al disminuir el volumen hay mayor presión y viceversa.
Ley de Charles
El físico francés Jacques Charles (1763-1823) descubrió la relación existente entre el volumen y la temperatura de un gas, siempre y cuando su presión se mantenga invariable. Para ello utilizó el mismo diseño empleado un siglo antes por Boyle, pero ahora variando la temperatura y manteniendo constante la presión. “A presión constante, el volumen ocupado por una masa definida de una muestra de gas es directamente proporcional a la temperatura (kelvin o absoluta)”. Matemáticamente esta ley puede expresarse de la siguiente forma: V=kT donde k es una constante de proporcionalidad; a presión y cantidad de materia (n) constantes.
Al aumentar la temperatura el volumen del gas aumenta (dentro de la pelota)
Ley de Gay- Lussac
A volumen constante, la presión de una masa fija de un fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura kelvin. La representación matemática de esta ley es:
k=P/T ó P=kT, donde k es una constante de proporcionalidad.
Para un estado inicial (Pi/Ti=k)y un estado final (Pf/Tf=k), se cumple que: PiTf=Pf/Ti
Al enfriar la botella y cubrirla con la moneda hubo aumento de presión el cual hizo que la moneda no se mantuviera estable.
“El movimiento Browniano consiste en el movimiento al azar de partículas en un fluido”
En 1828 Robert Brown observó que en una disolución de agua las
partículas del polen de la hierba Clarkia Pulchella realizaban un movimiento continuo, muy torpe como en
zigzag. El movimiento era como si las partículas tuvieran vida.
“al examinar la forma de estas partículas inmersas en agua, vi
muchas de ellas evidentemente en movimiento : esté consistía no solamente de un cambio de lugar en un
fluido, manifestado por alteraciones en sus posiciones relativas, si no que también, con no poca
frecuencia por un cambio en la forma de la misma partícula; estos movimientos eran tales que me
convencieron, después de observaciones repetidas, de que no surgían corrientes en el fluido, ni
de su gradual evaporación, si no que pertenecían a la misma partícula”
En primera estancia quiso averiguar la causa de porque el polen se movía
todo el tiempo.Esto llevó a que en su trabajo surgiera la posibilidad del que el polen tenía
vida.Como consecuencia colocó dentro del recipiente agua con el polen de
plantas que habían muerto cien años antes, y pudo observarque
este polen hacía el mismo tipo de movimiento.
Brown nos narra su sorpresa:
“…. me llamo la atención este hecho tan inesperado de aparente
vitalidad retenida por estas moléculas tanto tiempo después de la muerte de la
planta”.
Posteriormente realizó el mismo experimento con objetos inanimados, más
pequeños como minerales en los cuales observó que llevaban a cabo el mismo movimiento.
Después de que se hizo público la teoría del movimiento browniano,
Albert Einstein propuso un término basado en la teoría cinética de la materia.
De acuerdo a esto, las moléculas del líquido estaban en continuo
movimiento el cual se incrementaba al aumentar la temperatura. Einstein decía que el comportamiento de
movimiento aparente de las partículas suspendidas en el líquido se debía a que eran bombardeadas
por partículas no visibles las cuales conformaban este líquido, era una propuesta que estaba en duda ya
que no comprobaba la existencia de átomos y moléculas.
Al ser las partículas de polen pequeñas, daban lugar a ser golpeadas por
unos lados más que por otros por las partículas del líquido, provocando su movimiento.
En este experimento se aprecia como las moléculas se mueven de acuerdo a la temperatura y su adherencia al agua.
Basándonos en la teoría cinética de la materia podemos concluir que la temperatura juega un papel importante en la materia ya que esta se modifica de acuerdo al
estado en el que se encuentra, un ejemplo de esto es el agua, ya que al subir la temperatura del agua
estando en estado sólido,pasa a estado líquido, y al seguir aumentando la temperatura alcanza
su punto de ebullición y cambia al estado gaseoso.Cuando ocurre el aumento de la temperatura, también aumenta la velocidad
media de las moléculas causando así, mayor número y fuerza con las que las moléculas rebotan
contra las paredes del recipiente. Llevando este concepto al Área 2, la Temperatura de
determinada persona nos ayuda a saber los síntomas y así comprender qué es lo que causa su enfermedad, tratar
al paciente con ciertas padecimientos como fiebre o hipotermia y así poder brindarle una
medicación adecuada.En las incubadoras para los bebés, deben de tener la temperatura adecuada
para un mejor desarrollo de sus sistemas.En ámbitos biológicos influye en la agricultura, en el cuidado de
ganadería, aves y la creación de algunos medicamentos y químicos.
Apoyándonos en la Teoría Cinética de la Materia; la presión es el resultado de aplicar
una fuerza sobre una superficie y en el caso de un sólido y un líquido modifica su
masa y volumen, mientras que en un gas al quitarle la presión este aumenta su masa guiándonos en
la ley de Boyle y Mariotte, la cual enuncia que al disminuir la presión ejercida por un gas, éste
aumenta su volumen.
Aplicándolo en las ciencias
biológicas y de la salud nos ayuda a encontrar, tratar, eliminar y obtener un tratamiento a
enfermedades como tumores, hipertensión, entre otros.
En esta imagen podemos apreciar el movimiento de las moléculas al aplicarles calor en el cual ocurre un cambio de volumen.
El objetivo principal es aprender o reforzar los conocimientos ya adquiridos de la teoría cinética de la materia. Entender por que la presión, la temperatura y el movimiento browniano están relacionados a esta teoría. Así como también dar a conocer la ley general de los gases y el movimiento de sus partículas.
La imagen interpreta el movimiento de las partículas en el interior de un recipiente.
La teoría cinética de la materia ayuda a explicar las propiedades de la materia, en términos de fuerzas entre las moléculas y la energía que tienen. La mayoría de los datos de que se sostienen de esta teoría son el resultado de observaciones indirectas.
La teoría cinética de la materia esta basada en las siguientes hipótesis:
La materia es discontinua y esta formada por partículas muy pequeñas y no visibles a simple vista con aparatos ópticos sencillos, tales como la lupa o el microscopio ordinario.
Todas las partículas de una misma materia sustancia son idénticas entre si.
Las partículas están en un continuo movimiento.
El volumen propio de cada partícula es muy pequeño frente al volumen total que pueden ocupar todas las partículas de una sustancia en un determinado recipiente. Esto ocurre porque las partículas no están en reposo y la distancia entre ellas es mucho mayor que el volumen propio de cada partícula.
Los tres postulados básicos de esta teoría son:
Tabla con los postulados de la teoría cinética.
1. La materia está compuesta de partículas muy pequeñas, llamadas moléculas:
Las propiedades químicas de las moléculas dependen de su composición. Las propiedades físicas, sin embargo, dependen de las fuerzas que las moléculas ejercen entre sí, y de las distancias que las separa.
2. Las moléculas están en constante movimiento:
El promedio de la energía cinética de las moléculas depende de la temperatura.
3. Las moléculas obedecen las leyes del movimiento de Newton:
En los choques entre las moléculas, su momento lineal y su energía cinética no cambian. Dichos choques son perfectamente elásticos.
Y estos postulados se pueden confirmar con diferentes tipos de fenómenos, por ejemplo: la difusión
En el siguiente vídeo se muestra de manera experimental el movimiento de las partículas dentro de un recipiente por medio de dicho fenómeno. Difusión de tinta en agua
TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR A lo largo de la historia se ha elaborado un modelo a cerca de como está constituida la materia, se conoce con el nombre de modelo cinético molecular..
Según éste modelo, todo lo que vemos está formado por unas partículas muy pequeñas, llamadas moléculas. Las moléculas están en continuo movimiento y entre ellas existen fuerza atractivas, llamadas fuerzas de cohesión. Las moléculas al estar en movimiento, se encuentran a una cierta distancia unas de otras.Entre las moléculas hay espacio vacío.
De acuerdo a esto, las características de los estados de agregación de la materia son diferentes dependiendo del estado al que se refiera y son las siguientes:e la siguiente forma:
SÓLIDOS. sus partículas están muy próximas entre si y vibran si desplazarse entorno a posiciones fijas. las fuerzas atractivas de las partículas son elevadas y sus oscilaciones se hacen mayores al aumentar la temperatura y disminuyen al descender esta.
LÍQUIDOS. Las partículas están próximas unas de otras, pero no ocupan posiciones fijas. Las partículas se deslizan dentro del recipiente que contiene el liquido porque las fuerzas atractivas son menores que en el caso de los sólidos.
GASEOSOS. Las partículas están muy alejadas unas de otras y las fuerzas atractivas son pequeñas. Debido al continuo movimiento de las partículas al azar, se difunden y tienden a ocupar todo el volumen del recipiente en que se encuentran.
La siguiente tabla ayuda a comprender de mejor manera las características de los estados de agregación.
.jpg)
